[发明专利]一种主动冷却发动机燃料切换装置及切换方法

权利要求书

1.一种主动冷却发动机燃料切换装置，包括一端开口的壳体，且壳体的开口侧上安装有端面法兰，其特征在于，所述壳体内腔背离端面法兰的一侧依次开设有贯通的汇流腔和下游腔室，壳体的内腔中插设有针锥，且针锥的头部贯穿汇流腔并延伸至下游腔室中，汇流腔与下游腔室的连接处设有与针锥侧壁相匹配的内流道壁面，针锥侧壁与内流道壁面之间形成有收缩-扩张流道，且收缩-扩张流道靠近汇流腔的一段为收缩段，靠近下游腔室的一段为扩张段，针锥的端部通过设有预压缩量的弹性元件与端面法兰相连接，且针锥在弹性元件预紧力的作用下与内流道壁面接触密封；

所述壳体背离端面法兰一侧的侧壁上依次开设有贯穿壳体的上游喷孔和下游喷孔，上游喷孔和下游喷孔均为多个，且上游喷孔与汇流腔贯通连接，下游喷孔与下游腔室贯通连接，多个上游喷孔上分别贯通连接有与壳体同向延伸的壳体内流道；

所述端面法兰的内部形成有用于降低燃料冲击力的缓冲腔，且端面法兰的凸起面上开设有燃料入口，端面法兰的内壁上分别开设有多个连通缓冲腔和壳体内流道的端面法兰内流道。

2.如权利要求1所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述内流道壁面为圆角结构，且针锥侧壁与内流道壁面之间为线接触密封。

3.如权利要求1所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述端面法兰与壳体通过螺栓连接，且端面法兰与壳体之间设有耐高温静密封。

4.如权利要求1所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述针锥靠近端面法兰一侧的环形侧壁上套设有耐高温动密封，且耐高温动密封与壳体的内腔滑动密封。

5.如权利要求4所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述针锥的头部为钝头状或针状结构，且头部的锥角大于0°小于180°。

6.如权利要求4所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述耐高温动密封为柔性石墨密封圈。

7.如权利要求1所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述弹性元件为弹簧或金属波纹管。

8.如权利要求1所述的一种主动冷却发动机燃料切换装置，其特征在于：所述收缩-扩张流道在收缩段和扩张段之间形成有环状喉道，且环状喉道的截面积小于等于下游喷孔的截面积。

9.利用权利要求1所述装置的一种主动冷却发动机燃料切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、燃料流经燃料入口、缓冲腔、端面法兰内流道和壳体内流道到达汇流腔和上游喷孔；

S2、根据燃料的不同状态，燃料切换装置进行自适应调节；

S2-1、当燃料为液态时，针锥表面所受汇流腔内燃料压力和下游腔室内气体压力的合力小于弹性元件的预紧力，针锥在弹性元件的预紧力下贴合内流道壁面，燃料从上游喷孔喷射；

S2-2、当燃料为超临界态或气态时，针锥表面所受汇流腔内燃料压力和下游腔室内气体压力的合力大于弹性元件的预紧力，针锥被推离内流道壁面，汇流腔与下游腔室连通，部分燃料通过针锥侧表面与内流道壁面之间形成的环状收缩-扩张流道到达下游喷孔，燃料由上游喷孔和下游喷孔同时喷射，实现喷孔面积自适应调节；

其中，步骤S2-2中，在下游喷孔燃料喷射压力建立过程中，收缩-扩张流道内形成超声速气流并产生激波，维持上游喷孔的燃料喷射压力稳定。