[发明专利]一种气氢气氧小型火炬点火器结构

说明书

本发明公开了一种以气氢、气氧为介质的小型火炬点火器结构。设置氢气、氧气同轴剪切喷嘴，采用音速喷嘴控制流量，电火花塞点火。使用时，先根据混合比确定氢气、氧气音速喷嘴前压力，给火花塞通电发火，依据氢气、氧气充填建压时间，依次打开氢气、氧气供应控制阀门，即可完成氢氧燃烧点火。点火成功后，可以给火花塞断电，氢气、氧气可在点火器燃烧室内稳定燃烧。本发明采用流量控制音速喷嘴与点火器集成，减小填充容积，提高点火响应速度和减少关机后效影响。点火器本体材料采用304不锈钢制作，音速喷嘴采用黄铜制作，以紫铜为密封垫圈。当出现回火燃烧氧管意外情况、系统无法紧急响应时，在音速喷嘴处自然阻断。

技术领域

本发明涉及火箭发动机设计、试验和其它燃烧装备领域，具体是一种小型化的气体介质高能点火装置。

背景技术

使用液体推进剂的火箭发动机其点火可以采取多种途径，如火药、等离子、电火花等，常用的是火药点火器，也可以在燃料管口填充自燃性物质用于点火。点火后，燃烧室可以维持燃烧不再需要点火。发动机停机几秒后，燃烧室可以自动重新点火，然而一旦燃烧室冷却，许多发动机都不能在点火。现今，上面级火箭发动机多采用液氢、液氧作为燃料，同时需要满足二次启动等任务需求。这就需要安装多个火药点火器，增加了系统的复杂度。这就需要一种高可靠性、高稳定性、可重复使用的点火设备。

此外，在上面级火箭发动机进行地面高模试验时，需要通过预抽真空系统来制造一个高空环境，将发动机置于这种环境里进行各种试车。常用的预抽真空系统有发动机-扩压器-引射泵系统。引射泵系统需要高温、高压蒸汽介质来抽吸发动机产生的高温、高速、大质量流燃气。蒸汽介质通常通过燃气发生器提供，燃气发生器需具备高可靠性、稳定性和长使用寿命。燃发器点火器同样需要满足高可靠性、稳定性和长使用寿命的要求。

气氢气氧点火器有如下优点：

与火药点火器相比，气氢气氧点火器可重复使用，且不存在火工器材的存储、运输和管理问题，同时避免了重复使用更换火药的问题，从使用的经济性和便捷性考虑具有优势。

与高能点火器相比，气氢气氧点火器需要的点火能量较小，不存在超高压脉冲激励，点火时对试验测控系统干扰小，不需要考虑电磁兼容等问题，从而简化了试验系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种可重复使用气氢气氧小型火炬点火器，用于火箭发动机、燃发器等燃烧设备点火时使用。本发明要求解决的问题是，(1)为燃烧设备提供稳定的高能点火激励；(2)点火流量、温度、压力等参数可调，满足多工况的试验使用需求。

本发明的技术方案是：点火器设计流量为6g/s，设计压力为5MPa，氢氧混合比为1，其中氢气流量为3g/s，氧气流量为3g/s，允许工作混合比为0.7～1.1，允许工作时间10s，点火激发方式为火花塞。喷嘴形式为同轴剪切喷嘴，流量采用音速喷嘴控制，音速喷嘴与点火器集成，减小填充容积，提高点火响应速度和减少关机后效影响。点火器本体材料采用304不锈钢制作，音速喷嘴采用黄铜制作，以紫铜为密封垫圈。当出现回火燃烧氧管意外情况、系统无法紧急响应时，在音速喷嘴处自然阻断。音前设计压力8MPa，氧音速喷嘴设计喉径0.4mm，氢音速喷嘴设计喉径0.8mm。点火器总长约160mm，身部四方尺寸为38x38mm。点火器主要关注参数为：点氧音速喷嘴前压力、点氢音速喷嘴前压力、点火器压力。音速喷嘴前为流量控制(混合比)关键参数，点火器压力为点火成功与否重要参数。

本发明的优点和积极效果在于：(1)采用气氢、气氧介质，火花塞作为点火激发方式，具有参数可调，可重复使用，安全性高，可靠性高的优点。(2)点火器尺寸小，重量轻，介质供应系统简单，可广泛应用于众多燃烧设备。

附图说明