本實用新型專利技術公開了一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，包括內噴嘴、內旋渦器、外旋渦器和外噴嘴；其中內噴嘴為外壁帶有臺階的中空圓柱體，下端帶有內錐形的內噴口，內旋渦器軸向開有中心孔，中部徑向開有內橫向孔，內旋渦器外壁上開有均布的弧形內旋流槽；外噴嘴為中空圓柱體，下端帶有內錐形外噴口，上端設有一外橫向孔作為外路介質的流道入口，在外旋渦器外壁上均布有弧形外旋流槽；內噴嘴與內旋渦器、外噴嘴與外旋渦器配合的內孔段為上端粗、下端細的錐度形式，內旋渦器和外旋渦器的外圓為上端粗、下端細的錐度形式。本實用新型專利技術結構簡單，工藝性好，只需要在內、外旋渦器和內、外噴嘴加工后，對內孔和外壁進行錐度加工即可實現。
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，可以用于航空航天領域雙組元液體火箭發動機的離心式噴注器設計。
技術介紹
噴注器是雙組元推力器的核心部件，噴注器的流量特性和霧化特性決定了推力器的性能。噴注器的流量理論上是由旋渦器的旋流槽面積決定的，帶有一定壓力的推進劑通過旋流槽產生離心作用之后，通過離心式使推進劑從噴口霧化噴出，注入燃燒室并高效混合，產生高效和穩定的燃燒，最終形成推力。噴注器的零件在生產過程中，需要通過水試來進行選配，以達到流量和霧化的指標。為了便于選配，在旋渦器與外壁之間難以避免的存在間隙，如果沒有間隙，則旋渦器難以安裝和拆除，因此一般噴注器旋渦器的配合間隙都需要保持在0.02mm左右。對于10N推力量級的雙組元姿控推力器而言，0.02mm配合間隙形成的非設計流道面積已經與旋流槽流道面積相當，導致部分流體從間隙留出而不是從旋流槽流出，一方面不利于流量的控制，另一方面由于流體失去了旋流槽離心輔助，導致霧化效果也受到影響。同時，間隙過大、間隙不對稱和間隙的變化都會導致流量和霧化的變化和不穩定，甚至超差，甚至影響到產品的性能甚至帶來不穩定燃燒、不均勻燃燒的問題，導致推力器點火異常甚至失效。
技術實現思路
本技術的技術解決問題是：為克服現有技術的不足，提出了一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，以消除了配合間隙帶來的影響，充分發揮了旋渦器旋流槽的離心導流作用，進而提高產品的霧化性能和產品一致性、穩定性。本技術的技術解決方案是：一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，包括內噴嘴、內旋渦器、外旋渦器和外噴嘴；其中內噴嘴為外壁帶有臺階的中空圓柱體，下端帶有內錐形的可噴出內路介質的內噴口，置于內噴嘴的中空圓柱體中的內旋渦器為圓柱體，其軸向開有中心孔，中部徑向開有內橫向孔，中心孔與內橫向孔垂直相交構成內路介質的流道入口，內旋渦器外壁上開有均布的弧形內旋流槽；外噴嘴為中空圓柱體，下端帶有內錐形的可噴出外路介質的外噴口，上端設有一外橫向孔作為外路介質的流道入口，外噴嘴與內噴嘴定位臺階貼合，外旋渦器安裝在內噴嘴的臺階下圓柱段外壁外側及外噴嘴中空圓柱體內，在外旋渦器外壁上均布有弧形外旋流槽；內噴嘴與內旋渦器、外噴嘴與外旋渦器配合的內孔段為上端粗、下端細的錐度形式，內旋渦器和外旋渦器的外圓為上端粗、下端細的錐度形式。所述內噴嘴與內旋渦器、外噴嘴與外旋渦器配合的內孔段錐度的斜率及內旋渦器和外旋渦器的外圓的錐度的斜率均為1：50。內噴嘴與內旋渦器、外噴嘴與外旋渦器之間的外錐面與內錐面配合密封。內噴嘴、內旋渦器、內旋流槽、外旋渦器、外旋流槽、外噴嘴采用鈦合金材料。內噴口和外噴口壁厚不小于0.5mm。內噴嘴、內旋渦器、外噴嘴為密封連接。內旋流槽及外旋流槽數量均為2～3個。外噴嘴與內噴嘴組成同心圓環狀的組合式雙噴口。本技術與現有技術相比的有益效果是：(1)本技術利用內噴嘴與內旋渦器、外噴嘴與外旋渦器孔軸之間自對中、自密封的作用，將配合間隙完全封死，由于間隙流道消失了，強迫介質進入旋流槽流道，一方面介質的流量完全通過旋流槽控制，流量穩定可控，另一方面通過旋流槽的充分離心作用，從噴嘴中噴出的介質霧化效果更佳。(2)本技術內噴嘴與內旋渦器、外噴嘴與外旋渦器采用底部小、口部大的結構，可以保證旋渦器在選配過程中能夠順利裝拆，同時錐度配合的旋渦器具備自鎖能力，可以防止焊接所產生的變形對內部流道造成影響。(3)本技術旋渦器結構簡單，工藝性好，實現便捷，只需要在內、外旋渦器和內、外噴嘴加工后，對內孔和外壁進行錐度加工即可實現。附圖說明圖1為本技術整體結構示意圖；圖2為本技術內路流道示意圖；圖3為本技術外路流道示意圖；圖4為本技術內旋流槽結構軸側示意圖；圖5為本技術內旋流槽截面示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本技術進行進一步的詳細描述。如圖1所示，本技術提供了一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，包括內噴嘴1、內旋渦器2、內旋流槽3、外旋渦器4、外旋流槽5、外噴嘴6。內噴嘴1為外壁帶有臺階的中空圓柱體，下端為內錐形內噴口7，內旋渦器2插入內噴嘴1的中心孔中，在內旋渦器2外壁上有內旋流槽3，內旋流槽3為弧形螺旋槽，螺旋槽的數量為2～3個，均布在內旋渦器2的外壁上。外旋渦器4安裝在內噴嘴1的臺階下圓柱段外壁外側，在外旋渦器4外壁上有外旋流槽5，外旋流槽5為弧形螺旋槽，螺旋槽的數量為2～3個，均布在外旋渦器4的外壁上，外旋渦器4插入外噴嘴6中心孔內。雙組元噴注器內部包括燃燒劑、氧化劑兩種推進劑流道，分別從內路和外路兩條流道流通，如圖2所示，內噴嘴1、內旋渦器2、內旋流槽3組成了燃燒劑的內路流道，帶有一定壓力的燃燒劑從內旋渦器中心孔9流入，如圖4所示，流經內橫向孔10進入內旋渦器2的內旋流槽3中，經過旋轉離心作用后，從內噴嘴1的底部內噴口7噴出，產生離心霧化作用，進入燃燒室內進行摻混、蒸發、燃燒。如圖3所示，外噴嘴6、外旋渦器4、外旋流槽5組成了雙組元氧化劑的外路流道，帶有一定壓力的氧化劑從外噴嘴6的外橫向孔11流入，進入外旋渦器4的外旋流槽5中，經過旋轉離心作用后，從外噴嘴6的底部外噴口8噴出，產生離心霧化作用，進入燃燒室內進行摻混、蒸發、燃燒。如圖5所示，對于錐度式旋渦器的內旋流槽3、外旋流槽5采用弧形的槽型，流量大小由槽深和圓弧半徑決定，采用弧形槽可以有效減小內旋渦器2、外旋渦器4錐度外壁的變化對于槽深帶來的影響，維持流量的一致性和穩定性。錐度形式的內旋渦器2、外旋渦器4的外壁面設計為1：50斜度的外錐形式，同時與之配合的內噴嘴1中心孔與外噴嘴6中心孔壁面設計為1：50斜度的內錐形式，外錐錐度按負公差加工，內錐錐度按正公差加工，安裝時外錐形式的內旋渦器2、外旋渦器4直接插入內噴嘴1與外噴嘴6的中心孔中，利用錐面配合自對中和自密封的特性，將旋渦器與噴嘴內壁之間的間隙完全消除，迫使燃燒劑和氧化劑只能進入內旋流槽3和外旋流槽5的弧形槽內，使燃燒劑和氧化劑完全通過旋流槽導流，流量完全由弧形槽的面積唯一決定，同時充分的實現離心旋流，保證了流量的可控穩定和霧化的均勻穩定。內噴嘴1、內旋渦器2、內旋流槽3、外旋渦器4、外旋流槽5、外噴嘴6應使用耐高溫、強度高和阻熱性好的材料，優選耐高溫鈦合金材料，如Ti53311S、Ti2AINb，尤其要防止噴口的薄壁發生變形,因此內、外噴口的壁厚不應小于0.5mm。用有兩條電子束焊縫將內噴嘴1、內旋渦器2、外噴嘴6焊接在一起，構成噴注組件，焊接結構為圓周焊接，焊接變形方向與錐度旋渦器的裝入方向一致，使錐度配合的內旋渦器2、外旋渦器4在焊接后進一步與內噴嘴1、外噴嘴6壁面壓死貼緊，實現自鎖，防止焊接帶來流道變化的影響，保證流量和霧化的穩定性。本技術未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員的公知技術。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，其特征在于：包括內噴嘴(1)、內旋渦器(2)、外旋渦器(4)和外噴嘴(6)；其中內噴嘴(1)為外壁帶有臺階的中空圓柱體，下端帶有內錐形的可噴出內路介質的內噴口(7)，置于內噴嘴(1)的中空圓柱體中的內旋渦器(2)為圓柱體，其軸向開有中心孔(9)，中部徑向開有內橫向孔(10)，中心孔(9)與內橫向孔(10)垂直相交構成內路介質的流道入口，內旋渦器(2)外壁上開有均布的弧形內旋流槽(3)；外噴嘴(6)為中空圓柱體，下端帶有內錐形的可噴出外路介質的外噴口(8)，上端設有一外橫向孔(11)作為外路介質的流道入口，外噴嘴(6)與內噴嘴(1)定位臺階貼合，外旋渦器(4)安裝在內噴嘴(1)的臺階下圓柱段外壁外側及外噴嘴(6)中空圓柱體內，在外旋渦器(4)外壁上均布有弧形外旋流槽(5)；內噴嘴(1)與內旋渦器(2)、外噴嘴(6)與外旋渦器(4)配合的內孔段為上端粗、下端細的錐度形式，內旋渦器(2)和外旋渦器(4)的外圓為上端粗、下端細的錐度形式。
【技術特征摘要】
1.一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，其特征在于：包括內噴嘴(1)、內旋渦器(2)、外旋渦器(4)和外噴嘴(6)；
其中內噴嘴(1)為外壁帶有臺階的中空圓柱體，下端帶有內錐形的可噴出內路介質的內噴口(7)，置于內噴嘴(1)的中空圓柱體中的內旋渦器(2)為圓柱體，其軸向開有中心孔(9)，中部徑向開有內橫向孔(10)，中心孔(9)與內橫向孔(10)垂直相交構成內路介質的流道入口，內旋渦器(2)外壁上開有均布的弧形內旋流槽(3)；
外噴嘴(6)為中空圓柱體，下端帶有內錐形的可噴出外路介質的外噴口(8)，上端設有一外橫向孔(11)作為外路介質的流道入口，外噴嘴(6)與內噴嘴(1)定位臺階貼合，外旋渦器(4)安裝在內噴嘴(1)的臺階下圓柱段外壁外側及外噴嘴(6)中空圓柱體內，在外旋渦器(4)外壁上均布有弧形外旋流槽(5)；
內噴嘴(1)與內旋渦器(2)、外噴嘴(6)與外旋渦器(4)配合的內孔段為上端粗、下端細的錐度形式，內旋渦器(2)和外旋渦器(4)的外圓為上端粗、下端細的錐度形式。
2.根據權利要求1所述的一種用于雙組元噴注器的錐度式旋渦器結構，其特征在于：內噴嘴(1)與內旋渦器(2)、外噴...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張榛，毛曉芳，汪鳳山，蔡坤，楊尚鋒，曹順，張鳳，何夢琪，
申請(專利權)人：北京控制工程研究所，
類型：新型
國別省市：北京;11
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