[发明专利]一种宽范围连续可调的喷注器

说明书

本发明属于燃烧和点火技术领域，公开了一种宽范围连续可调的喷注器。宽范围连续可调喷注器的喷注器顶盖和喷注器底座围合成封闭的空腔，喷注器底座内腔焊接的喷嘴安装板和溢流腔隔板，将空腔从上至下顺序分割成气体腔、溢流腔和燃料腔；喷注器顶盖开有气体入口；喷注器底座开有燃料入口和溢流出口；喷嘴安装板中心焊接燃料喷嘴，燃料喷嘴中心套装气体喷嘴；燃料喷嘴的上段开有燃料溢流切向孔；燃料喷嘴的中段开有燃料入口切向孔；气体喷嘴的入口伸入气体腔，气体喷嘴的出口位于燃料喷嘴中段、燃料入口切向孔的下方。采用带溢流孔的气液同轴式离心喷注结构，实现了喷注流量的宽范围连续调节，雾化效果好，喷注流量调节范围大。

技术领域

本发明属于燃烧和点火技术领域，具体涉及一种宽范围连续可调的喷注器。

背景技术

燃气发生器是高超声速推进风洞、火箭基组合循环（RBCC）发动机等设备的关键部件。在高超声速推进风洞中，燃气发生器通过燃烧加热产生高温高压的试验气体；在RBCC发动机中，燃气发生器作为引射火箭，是引射模态和纯火箭模态产生推力的主要动力装置。

连续变马赫数是高超声速推进风洞的一个发展方向，模拟马赫数、总温、总压都需要在试验过程中连续变化，因此需要燃气发生器的工作参数在试验过程中连续可调。而RBCC发动机从飞行器起飞到入轨的过程中，不同工作模态下对引射火箭的动力需求不同。在低速起飞阶段，引射火箭需要以高室、大流量状态工作以产生足够的推力和引射流量；过渡到冲压模态之后，引射火箭的流量需要逐渐减小直至燃气发生器关闭；而到纯火箭模态之后引射火箭又需要重新工作，整个过程中引射火箭工况变化较大，因此引射火箭也需要实现工况宽范围可调。

气液燃烧是燃气发生器常用的燃烧组织模式，气液燃烧的关键问题之一是液体燃料的雾化。针栓喷嘴和气液同轴离心式喷嘴是燃气发生器常用的两种喷注结构。

喷注器的工作范围直接决定了燃气发生器的工况调节范围，只有在燃料和氧化剂流量变化时，喷注器均能使两者良好的掺混雾化，燃气发生器才有可能正常点火和工作，因此实现喷注器流量宽范围调节是研制可调燃气发生器的关键。针对液体燃料，喷注流量与喷注压降之间存在如下关系：

其中，为液体燃料密度，为喷嘴流量系数，为液体燃料通道面积。

喷注流量与喷注压降的开平方成正比，因此喷注流量增加为2倍，喷注压降会增加至4倍，而喷注压降直接影响液态燃料的雾化效果。如果使小流量时喷注压降保持在合适的范围内，则大流量时对燃料喷前压力的需求将高到无法实现；如果满足大流量时的喷注压降要求，小流量时喷注压降又会太低导致雾化较差难以点火和稳定工作，因此目前的燃气发生器的工况调节范围通常较小，不能满足连续变马赫数风洞和RBCC发动机的需求。

为了实现喷注流量宽范围变化时喷注压降保持在合适范围内，变面积针栓喷嘴是一种解决方案。变面积针栓喷嘴的喷嘴中心为针栓，针栓上分布有燃料喷注孔。针栓上的喷注孔被喷嘴壁面覆盖时燃料无法喷注，只有针栓暴露在喷嘴壁面外的喷孔为有效喷注面积，因此其工作原理是通过运动机构驱动针栓前后运动调节有效喷注面积的大小从而保证燃料喷注压降的恒定，这种喷嘴在变推力液体火箭发动机中得到了的应用。

但是，首先雾化效果较差是变面积针栓喷嘴的天然缺陷，其雾化水平远低于气液同轴离心式喷嘴。其次，变面积针栓喷注器通常只有一个喷嘴，否则多喷嘴同时调节喷注面积的同步性和一致性难以保证，这就导致当燃气发生器流量较大时雾化效果更差，燃气发生器的点火稳定性和燃烧效率进一步降低。第三，针栓喷嘴的针栓头部突出在喷注器之外，暴露于高温燃气之中，热防护设计非常困难，容易发生烧蚀，针栓喷注器的长期稳定工作也是一个较大的问题。

当前，亟需发展一种宽范围连续可调的喷注器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种宽范围连续可调的喷注器，解决了变马赫数风洞和RBCC发动机对宽范围可调燃气发生器的现实需求。