[发明专利]一种旋流辅助雾化且旋流度可调的气/液针栓喷注器

说明书

本发明属于火箭推进设备技术领域，针对传统气/液针栓喷注器存在的喷雾特性差以及实现合适的动量比和喷雾锥角的调节比较复杂的技术问题，本发明公开一种旋流辅助雾化且旋流度可调的气/液针栓喷注器，包括针栓杆、内套筒和外套筒，所述内套筒和外套筒分别设置轴向流道，通过分配内套筒和外套筒各自的流量，控制气相旋流度；实现两种推进剂在碰撞时的动量比和喷雾锥角的调节。轴向气体采用旋流喷注，通过气相旋流形成的中心气核低压区，将部分径向液体射流吸入外套筒，促进射流根部的破碎，实现气体辅助雾化，可改善喷雾特性。

技术领域

本发明属于火箭推进设备技术领域，具体涉及一种旋流辅助雾化且旋流度可调的气/液针栓喷注器。

背景技术

现有技术中，针栓喷注器以其结构简易、流量连续调节和燃烧稳定性等一系列优势，是公认的火箭变推力的较优选择。针栓喷注器按照燃料体系可以分为气/气、气/液和液/液三种形式。对于可长期存储的绿色常温燃料体系，比如H2O2/煤油和氧化亚氮/丙烷等，一般采用气/液喷注形式。此外，针对目前小流量火箭的研制需求，通常采用气氧/煤油的燃料组合，从而规避使用低温液氧燃料的系统复杂性，因此有必要发明一种气/液针栓喷注器。

气/液喷注(一般气体为轴向喷注)相比液/液喷注的优势在于，高速喷射的气体造成的剪切作用可以让液体燃料射流更容易破碎，然而传统的轴向气体/径向液体喷注形式的针栓喷注器存在以下不足，有待进一步改进：

第一，当保证固定气液质量比时，由于气体的密度远小于液体，导致气体喷射速度远大于液体，造成动量比(定义为径向和轴向的动量比)过小，喷雾锥角很小，喷雾区域集中在轴线附近，导致喷雾特性很差。

第二，当保证固定气液质量比时，喷雾锥角同时受喷注面积、喷注速度以及高压喷注气体在环境压力中的膨胀效应影响，因此传统气/液喷注器实现合适的动量比和喷雾锥角的调节比较复杂。

发明内容

针对传统气/液针栓喷注器存在的喷雾特性差以及实现合适的动量比和喷雾锥角的调节比较复杂的技术问题，本发明的目的在于提供一种旋流辅助雾化且旋流度可调的气/液针栓喷注器，燃料采用气/液喷注形式，特别适用于可长期存储的绿色常温燃料体系(比如过氧化氢/煤油、氧化亚氮/丙烷和气氧/煤油)。所述的一种旋流辅助雾化且旋流度可调的气/液针栓喷注器，利用气相旋流形成的中心气核低压区，将部分径向液体射流吸入外套筒，促进射流根部的破碎，实现气体辅助雾化；此外，保证气体推进剂质量不变，通过分配内外套筒的流量，进而控制气相的旋流度，实现两种推进剂在碰撞时的动量比和喷雾锥角的调节。

本发明采取的技术方案为：

一种旋流辅助雾化且旋流度可调的气/液针栓喷注器，包括针栓杆、内套筒和外套筒，所述内套筒和外套筒分别设置轴向流道，通过分配内套筒和外套筒各自的流量，控制气相旋流度；实现两种推进剂在碰撞时的动量比和喷雾锥角的调节；

轴向气体采用旋流喷注，通过气相旋流形成的中心气核低压区，将部分径向液体射流吸入外套筒，实现气体辅助雾化。

进一步的，包括针栓杆、内套筒、外套筒和切向进口管道，

所述针栓杆外周自内向外呈同轴排布依次设置有内套筒和外套筒，针栓杆与内套筒通过顶部固定焊接，内套筒和外套筒通过顶部台阶焊接，分别形成两个环形轴向流道；

所述内套筒上部位置的外侧壁开设有圆周阵列的矩形进流孔贯穿轴向内流道，供应无旋的轴向流动，所述外套筒上部位置的外侧表面开设有与轴向流道相切的切向孔，通过切向孔连接切向进口管道，供应有旋的轴向流动；

内套筒和外套筒的轴向气流相互作用形成新的有旋轴向薄膜流，再与针栓杆的孔式径向射流碰撞，形成雾化锥。