[发明专利]一种具有均流功能的集合器入口导流结构

说明书

一种具有均流功能的集合器入口导流结构，在发动机头部的氢集合器入口处固定安装导流片作为导流结构。导流片固定连接在过滤网和集合器入口之间，且，导流片的高度高于过滤网，从而保护位于集合器入口附近的过滤网；导流片为弧形凸台，弧形凸台的径向截面为楔形；导流片的覆盖弧度α大于集合器入口的覆盖弧度β；导流片的底部与氢集合器固定连接；导流片的内壁和外壁均向内倾斜；导流片弧形凸台的两端设计有斜切面，以实现导流片影响区与没有导流片区域流场的平滑过渡。本发明可用于氢氧火箭发动机头部氢入口集合器，解决入口正对外圈喷嘴烧蚀问题和气流高通量区过滤网易于破损的问题。

技术领域

本发明涉及一种具有均流功能的集合器入口导流结构，属于导流结构技术领域。

背景技术

氢氧火箭发动机以液氢、液氧作为推进剂，具有高比冲、无污染等优点，是当今世界上面级发动机、深空探测器等采用的主流推进技术之一。氢氧火箭发动机工作时，燃料氢和氧化剂液氧分别经氢头腔和氧头腔分配至喷嘴，氢、氧在喷嘴出口区域混合后燃烧将化学能转化为热能和压力势能，进而将燃烧产物经过喉部和喷管挤压排出产生推力。

对于膨胀循环发动机氢燃料经过身部换热后需先进入涡轮泵推动涡轮做功后再进入头腔，因此多设有轮胎形氢集合器并设置一到两个集中入口。现役氢氧火箭发动机头部多配备上百、甚至几百个喷嘴，头腔氢喷嘴流量分配的均匀性直接影响氢喷嘴抗烧蚀能力、燃烧室内的燃烧状态、发动机性能稳定性等。但是由于氢头腔多位于氧头腔和燃烧室之间，空间狭小难以采用均流板等措施进行均流设计。另外，对于设有集中入口的氢集合器，集合器内的流动不均匀性更增加了氢喷嘴流量均匀性设计的困难。

以往研制经验还表明，设有集中入口的氢集合器入口高流速区的过滤网易于出现破损现象。分析发现入口高速气流冲刷、变工况正反交变应力拉扯导致疲劳断裂是入口区过滤网易于破损的主要原因。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种具有均流功能的集合器入口导流结构，可用于氢氧火箭发动机头部氢集合器均流分配，解决高速流体直接吹袭造成入口正对的外圈氢喷嘴流量偏低易于烧蚀的问题。亦可起到保护入口附近过滤网的作用，防止高速气流冲击导致破损。本发明还可以推广应用到氢氧火箭发动机和其他液体火箭发动机有均流设计需求、设置集中入口的其它集合器中。

本发明的技术方案是：

一种具有均流功能的集合器入口导流结构，在发动机头部的氢集合器入口处固定安装导流片作为导流结构；

导流片固定连接在过滤网和集合器入口之间，且，导流片的高度高于过滤网，从而保护位于集合器入口附近的过滤网，并减小高速主流对正对集合器入口的径向孔及氢环缝流量均匀性的不利影响；

导流片为弧形凸台，弧形凸台的径向截面为楔形；导流片的弧度α大于集合器入口的的覆盖弧度β；

导流片的底部与氢集合器固定连接；

导流片的内壁和外壁均向内倾斜；

导流片弧形凸台的两端设计有斜切面。

所述导流片的覆盖弧度α大于所述氢集合器入口的的覆盖弧度β。

α/β的取值范围为3～5。

所述导流片的高度大于所述过滤网的高度。

所述斜切面起始位置位于集合器入口所覆盖角度范围外侧，斜切面的末端高度h取值范围为1.5～3mm。

所述导流片斜切面与导流片底面夹角ψ的取值范围为5～10°。

所述导流片朝向集合器入口一侧的壁面与发动机头部轴线夹角θ，作为导流面。

所述夹角θ的取值范围为30°～60°。