[发明专利]一种主动冷却发动机燃料切换装置及切换方法

说明书

本发明涉及发动机燃料喷注领域，提供一种主动冷却发动机燃料切换装置，使得燃料从液态进入超临界态或气态时，燃料喷孔截面积根据燃料压力变化自适应调节，维持燃料喷射压力稳定，从而确保燃料切换过程中发动机稳定燃烧，包括一端开口的壳体，且壳体的开口侧上安装有端面法兰，所述壳体内腔背离端面法兰的一侧依次开设有汇流腔和下游腔室，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。本发明还提供一种主动冷却发动机燃料切换方法。本发明尤其适用于主动冷却发动机的燃料稳定切换，具有较高的社会使用价值和应用前景。

技术领域

本发明涉及发动机燃料喷注领域，具体涉及一种主动冷却发动机燃料切换装置及切换方法。

背景技术

主动冷却发动机要求采用燃料对发动机燃烧室壁面进行冷却保护，之后将燃料喷入燃烧室进行燃烧。主动冷却技术的优点体现在以下几方面：

1)对燃烧室进行冷却，保护燃烧室不受燃烧破坏，延长燃烧室工作寿命；

2)能够预热燃料，提高燃烧效率，获得更大推力；

3)燃烧室内部设置冷却槽道，减轻燃烧室重量。

随燃烧室总温升高，经燃烧室冷却槽道流出的燃料温度也随之升高。当燃料从液态进入超临界态或气态时，密度急剧降低，因此需要通过增大喷孔面积来维持燃料流量和喷射压力稳定。常用的解决办法是在喷孔上游管路设置阀门进行切换，通过监测燃料温度或压力达到预设切换点时，触发阀门切换指令，实现燃料喷孔截面积调节。

但由于切换时喷射面积瞬间增大，喷射压力的建立过程存在一定滞后，导致穿透深度降低，燃烧室总压和推力瞬间下降，致使发动机燃烧效率降低，甚至有可能造成切换过程中发动机熄火。为此，我们提出了一种主动冷却发动机燃料切换装置及切换方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种主动冷却发动机燃料切换装置及切换方法，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，使得燃料从液态进入超临界态或气态时，燃料喷孔截面积根据燃料压力变化自适应调节，维持燃料喷射压力稳定，从而确保燃料切换过程中发动机稳定燃烧。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

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，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。