[发明专利]基于针栓喷注器的双组元变推力旋转爆震火箭发动机

权利要求书

1.一种基于针栓喷注器的双组元变推力旋转爆震火箭发动机，其特征在于：包括沿轴向依次同轴布设的针栓喷注器、旋转爆震燃烧室和尾喷管；

针栓喷注器用于向旋转爆震燃烧室内喷注变流量的燃料和氧化剂；

针栓喷注器包括从内至外依次同轴套设的中心杆内喷嘴、喷嘴调节体和喷注器壳体；

中心杆内喷嘴位于针栓喷注器的中心轴线上，且位置固定；中心杆内喷嘴的头部伸入旋转爆震燃烧室内；中心杆内喷嘴的中心沿轴向布设有燃料喷注流道，中心杆内喷嘴的头部沿周向布设有若干个均与燃料喷注流道相连通的燃料喷注口；每个燃料喷注口均为矩形，且均垂直于中心杆内喷嘴；

喷嘴调节体的内壁面与中心杆内喷嘴的外壁面密封滑动连接，且能封堵所有燃料喷注口；喷嘴调节体的外侧外壁面与喷注器壳体内壁面密封滑动连接，喷嘴调节体的内侧外壁面与喷注器壳体内壁面之间形成折线形的氧化剂流道；

喷嘴调节体包括从尾端至头部依次同轴一体布设的大圆柱部、锥台部和小圆柱部；

喷注器壳体的内壁设置有凸环，且凸环内壁面与大圆柱部外壁面密封滑动连接；

位于凸环与旋转爆震燃烧室之间的喷注器壳体内壁面与对应喷嘴调节体外壁面的形状相同，为折线内壁面；折线内壁面与对应喷嘴调节体外壁面之间形成折线形的氧化剂流道；氧化剂流道的喷射口与中心杆内喷嘴相平行；

喷嘴调节体能在传力装置的驱动下，沿轴向往复滑移；喷嘴调节体在往复滑移过程中，一方面通过调整燃料喷注口的封堵面积，进而调节燃料的喷注流量；另一方面，通过调整氧化剂流道的纵截面积，进而调节氧化剂的喷注流量；

对于喷嘴调节体，初始位置使得氧化剂喷注通道和燃料喷注口的喷注面积同时最大或最小的状态；氧化剂和燃料喷注面积比根据推进剂的选型来设计确定，确保氧化剂喷注通道和燃料喷注口的喷注面积能跟随调整，设喷嘴调节体中锥台部的锥形母线与水平燃料喷注通道之间的夹角为α，燃料喷孔缩短距离为x,则氧化剂喷孔缩短距离为xsinα；首先根据发动机设计推力范围F估算平均燃烧室压力P和推进剂流量m，根据推进剂流量m、推进剂当量比E_R和平均燃烧室压力P，确定燃料的喷注压力P_of和氧化剂的喷注压力P_oo，再得到燃料的喷注面积A_f和氧化剂的喷注面积A_o的调节范围；

旋转爆震燃烧室的周长L和直径D，根据推进剂种类和测试工况来定，确定方法为：首先根据发动机设计推力范围F估算平均燃烧室压力P和推进剂流量m，然后得到燃烧室体积V和直径D以及燃烧前燃烧室初始压力P₁，通过得到推进剂所对应的爆震波胞格λ，根据经验公式h^*＝(12±5)λ，确定爆震波临界高度h^*，进而由L＝2h^*确定燃烧室周长L；

爆震燃烧具有流量自适应调节的特点，能提高偏离流量工况下的燃烧特性，具备在传统常温推进剂下减少氮氧化物污染排放的潜力；工作时，由针栓喷注器的内喷嘴喷注燃料，在燃烧室内对撞、混合、雾化和蒸发，在针栓头部处产生回流区会使燃料在燃烧室的侧面更加稳定流动，经过适当的点火装置点火起爆后，形成连续的旋转爆震波；针栓喷注器前供应管路会持续供应燃料，为爆震波的稳定传播提供支撑；通过移动喷嘴调节体，同时改变斜槽和矩形内喷嘴的喷注面积，保证当量比的情况下改变推进剂的流量；由于爆震燃烧会根据可燃气体层的高度调整爆震波头高度，在流量改变时能保持其燃烧稳定性，从而实现稳定的双组元变推力调节功能。

2.根据权利要求1所述的基于针栓喷注器的双组元变推力旋转爆震火箭发动机，其特征在于：喷注器壳体的尾端密封安装有端盖，端盖与凸环和喷嘴调节体之间的针栓喷注器空腔形成为燃料集腔，中心杆内喷嘴的尾部沿周向布设有若干个燃料供应孔，每个燃料供应孔均分别与燃料集腔和燃料喷注流道相连通。

3.根据权利要求1所述的基于针栓喷注器的双组元变推力旋转爆震火箭发动机，其特征在于：喷注器壳体上还设置有与氧化剂流道相连通的氧化剂供应孔。

4.根据权利要求1所述的基于针栓喷注器的双组元变推力旋转爆震火箭发动机，其特征在于：针栓喷注器头部与旋转爆震燃烧室通过法兰连接，旋转爆震燃烧室另一端通过法兰连接尾喷管。