[发明专利]一种基于3D打印成型的旋流火炬点火器

说明书

本发明公开了一种基于3D打印成型的旋流火炬点火器，包括电火花塞杆和火炬点火管以及紫铜密封垫片；火炬点火管包括采用3D打印的方式一体成型的头部管段、身部管段、喉部喷管段以及尾部管段；其主要工作原理是：头部管段内的点火室中进行点火燃烧，在身部管段的二次燃烧室中二次燃烧，在喉部喷管段进行三次掺混燃烧，从而使得点火启动过程平稳、燃烧过程充分，大大提升了点火器燃烧工作的可靠性，并且在头部管段可形成氧化剂旋流对电火花塞杆进行保护，在二次燃烧室形成旋流流场对身部管段形成气膜保护，合理设计与推力室的连接和紧固部件，简化火炬点火器外形结构，实现了火炬点火器小型化设计，降低了工艺复杂性、成本，缩短了制作周期。

技术领域

本发明涉及一种火炬点火器，特别涉及一种基于3D打印成型的旋流火炬点火器，可应用于液氧甲烷发动机点火、高性能姿轨控推进动力或者其它需要小型化的燃烧室。

背景技术

液氧/甲烷发动机瞬变启动过程控制难度高，点火过程机理复杂，是液氧/ 甲烷发动机研制的技术难点之一。为快速适应液氧/甲烷发动机发展需求，国内外针对点火技术均作了较多的试验研究工作：美国以牵牛星月球着陆器和猎户座飞船服务舱动力发展为目标，主要围绕LOX/LCH4的电火花和电热塞两种点火方式进行研究，多型双低温推进剂液体火箭发动机均采用火炬点火器，如 Vinci、RD-0120、SSME等。

国内针对液氧/甲烷发动机的点火技术研究较少，主要研究姿轨控发动机电火花和激光点火、百吨级内液氧/甲烷主发动机火药点火器点火。从国内外液氧甲烷和氢氧发动机点火技术研制经验来看，甲烷相比较其它低温推进剂点火较难，点火延迟时间长、点火能量要求高。

火炬点火器具有可重复点火、结构简单、点火能量大、点火能量可调节等优点，可以作为可重复使用变推力调节液氧/甲烷发动机研制的点火方案之一。点火器的点火能量和温度决定了推力室能否正常可靠点火，保障点火可靠的同时需要兼顾降低热防护难度。

目前国内外火炬点火器主要以单喷嘴燃烧室为主，该类点火器以中心喷嘴作为点火和主燃喷嘴，通过在喷注面边区或身部设置冷却气膜孔进行身部热防护，由于火花塞和单喷嘴布局限制，造成点火位置即主燃回流区，因此点火可靠性低、火花塞热防护困难，同时存在结构尺寸大的问题。

另一类火炬点火器，以燃料和氧化剂的多个撞击对作为点火器的点火和主燃喷嘴，通过身部直流喷嘴掺入冷却燃料进行热防护，该类点火器对火花塞没有进行主动冷却，容易出现火花塞端头烧蚀，燃料喷前同步建压可能引起点火启动稳定性差、对变工况的适应性范围窄，并且点火器采用机加工和焊接的方式制作，会由于焊接变形导致产品质量可靠性差。

另外，目前的火炬点火器和推力室通过点火导管连接，推力室上设置直通接头，点火导管上设置球形接头和外套螺母，结构连接复杂、不利于小型化设计。

发明的内容

为了克服现有火炬点火器存在的点火可靠性低、火花塞端头易烧蚀、变工况适应范围窄、热防护性能差、焊接变形严重以及难以实现小型化设计等问题，本发明提供了一种基于3D打印成型的旋流火炬点火器。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种基于3D打印成型的旋流火炬点火器，包括电火花塞杆以及火炬点火管；

火炬点火管包括采用3D打印的方式一体成型的头部管段、身部管段、喉部喷管段以及尾部管段；

头部管段设有中心孔、氧化剂接口、氧化剂环形集气腔、氧化剂喷嘴、燃料接口、点火燃料环形集气腔、点火燃料喷嘴以及与身部管段前端连通的室压测量接口；头部管段顶端呈正方形结构；

中心孔沿着头部管段轴向开设，中心孔的前部与电火花塞杆的螺纹段螺纹连接，中心孔的中部与电火花塞杆的圆柱段形成氧化剂环缝流道，中心孔的后部作为点火室；