一种针栓喷注器

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一种针栓喷注器
申请号	CN201910520885.0	申请日	2019-06-17	公开(公告)号	CN110259604B	公开(公告)日	2020-09-01
申请人	中国人民解放军国防科技大学;			发明人	陈慧源; 成鹏; 李清廉; 张家奇; 肖礼; 张紫豪; 林文浩; 张彬;
摘要	本发明提供一种针栓喷注器，包括针栓套筒与针栓杆，针栓套筒与针栓杆均为回转体结构；针栓杆内沿轴向设有能够与推进剂供应管路连通的内流道，针栓杆上靠近端部的位置设有与内流道连通的内流道喷孔；针栓套筒同轴套设在针栓杆上并与针栓杆围成一个环形结构的外流道，外流道在近内流道喷孔的一端处形成环形结构的外流道喷环；针栓套筒侧部上设有连通孔以用于连通外流道与推进剂供应管路，连通孔与外流道相切。将连通孔与外流道相切设置成相切的结构，使得从外流道喷出的推进剂在离心加速度的作用下，在喷出后具有一定的径向速度，有效的拓展了喷雾的径向范围；在外通道上游设置气体通道以辅助液体推进剂的雾化。本发明应用于空间推进技术领域领域。
权利要求	1.一种针栓喷注器，其特征在于，包括针栓套筒与针栓杆，所述针栓套筒与针栓杆均为回转体结构；所述针栓杆内沿轴向设有能够与推进剂供应管路连通的内流道，所述针栓杆上靠近端部的位置设有与内流道连通的内流道喷孔；所述针栓套筒同轴套设在针栓杆上并与针栓杆围成一个环形结构的外流道，所述外流道在近内流道喷孔的一端处形成环形结构的外流道喷环；所述针栓套筒侧部上设有连通孔以用于连通外流道与推进剂供应管路，所述连通孔与外流道相切；所述内流道喷孔位于外流道喷环的下方，以使得由内流道喷孔喷出的径向射流推进剂与由外流道喷环喷出的轴向旋转液膜推进剂能够在外部发生碰撞，且相比直流环形液膜和射流的碰撞有效地扩大了喷雾范围，并将推进剂的碰撞位置适当拉离针栓杆外壁面，进而提升喷雾效果。 2.根据权利要求1所述针栓喷注器，其特征在于，所述针栓套筒侧部上还设有喷气孔以用于向外流道通入雾化辅助气，所述连通孔位于喷气孔与外流道喷环之间。 3.根据权利要求1或2所述针栓喷注器，其特征在于，所述内流道喷孔的数量为多个且呈多层环形结构分布在针栓杆的侧壁上。 4.根据权利要求1或2所述针栓喷注器，其特征在于，所述针栓杆侧壁上设有环形结构的支撑件，所述针栓套筒内壁与支撑件的外壁相贴，所述支撑件在支撑针栓套筒与针栓杆时将外流道分割成混合腔与进气腔，所述混合腔和连通孔连通，所述进气腔与喷气孔连通，所述支撑件上环形间隔设有若干能够连通混合腔与进气腔的连通槽。
说明书全文	一种针栓喷注器技术领域 [0001] 本发明涉及空间推进技术领域，尤其涉及一种针栓喷注器。背景技术 [0002] 在液体火箭发动机的工作过程包括喷注、雾化、蒸发、化学反应等主要过程。其中，喷注器决定了推进剂进入燃烧室的速度、分布及雾化性能，因此对发动机的性能有着重要影响。针栓喷注器发动机通常只采用一个针栓喷嘴，相比传统发动机通常需要几十上百个喷注单元，具有结构简单、深度调节能力、内在燃烧稳定性等优势，有望广泛用于液体火箭发动机，尤其是变推力液体火箭发动机。针栓喷注器通常包含针栓和喷注器基底，大体上分为径向缝型和径向孔型两大类。其中，后者由于更好的混合特性而得以广泛应用。但现有技术中的针栓喷注器的缺点也较为明显，如：(1)针栓套筒入口为直孔，推进剂经环缝流出后速度基本贴壁向下流动，不能有效拓展喷雾分布范围；(2)两种推进剂均为液体，只靠液体之间的碰撞实现破碎雾化，雾化效果受喷注器结构设计和混合比大小的影响很大。发明内容 [0003] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种针栓喷注器，具有喷注均匀、雾化效果好、喷雾范围广等特点。 [0004] 其采用的技术方案是： [0005] 一种针栓喷注器，包括针栓套筒与针栓杆，所述针栓套筒与针栓杆均为回转体结构； [0006] 所述针栓杆内沿轴向设有能够与推进剂供应管路连通的内流道，所述针栓杆上靠近端部的位置设有与内流道连通的内流道喷孔； [0007] 所述针栓套筒同轴套设在针栓杆上并与针栓杆围成一个环形结构的外流道，所述外流道在近内流道喷孔的一端处形成环形结构的外流道喷环； [0008] 所述针栓套筒侧部上设有连通孔以用于连通外流道与推进剂供应管路，所述连通孔与外流道相切。 [0009] 作为上述技术方案的进一步改进，所述针栓套筒侧部上还设有喷气孔以用于向外流道通入雾化辅助气，所述连通孔位于喷气孔与外流道喷环之间。 [0010] 作为上述技术方案的进一步改进，所述内流道喷孔的数量为多个且呈多层环形结构分布在针栓杆的侧壁上。 [0011] 作为上述技术方案的进一步改进，所述内流道喷孔的孔径为0.3mm～2.0mm。 [0012] 作为上述技术方案的进一步改进，所述外流道喷环的流道厚度为0.3mm～0.8mm。 [0013] 作为上述技术方案的进一步改进，所述针栓杆侧壁上设有环形结构的支撑件，所述针栓套筒内壁与支撑件的外壁相贴，所述支撑件在支撑针栓套筒与针栓杆时将外流道分割成混合腔与进气腔，所述混合腔和连通孔连通，所述进气腔与喷气孔连通，所述支撑件上环形间隔设有若干能够连通混合腔与进气腔的连通槽。 [0014] 本发明的有益技术效果： [0015] 本发明对针栓喷注器的结构进行了改进设计，通过将外流道与供应管路的连通孔设置成相切的结构，使得从外流道喷出的推进剂在离心加速度的作用下，在喷出后具有一定的径向速度，有效地拓展了喷雾的径向范围。附图说明 [0016] 图1是本实施例针栓喷注器的剖视图； [0017] 图2是本实施例中连通孔与外流道相切的剖面结构示意图； [0018] 图3是本实施例针栓杆的轴侧图； [0019] 图4是本实施例中针栓套筒的轴侧图。具体实施方式 [0020] 为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下结合具体实施例，并根据附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，未描述的内容以及部分英文简写为所属技术领域中普通技术人员所熟知的内容。本实施例中给定的一些特定参数仅作为示范，在不同的实施方式中该值可以相应地改变为合适的值。 [0021] 如图1-3所示的针栓喷注器，包括针栓套筒1与针栓杆2，针栓套筒1与针栓杆2均为回转体结构；针栓杆2内沿轴向设有能够与推进剂供应管路连通的内流道21，针栓杆2上靠近端部的位置设有与内流道21连通的内流道喷孔22；针栓套筒1同轴套设在针栓杆2上并与针栓杆2围成一个环形结构的外流道3，其中，同轴指的是针栓套筒1与针栓杆2的回转轴重合；外流道3在朝向内流道喷孔22的一端处形成环形结构的外流道喷环31，即针栓套筒1与针栓杆2之间的环缝；针栓套筒1的一端通过与针栓杆2通过螺纹23固定相连，外流道3顶部通过密封垫等方式实现密封；外流道喷环31位于针栓套筒1的一端，即图1中的底端；针栓套筒1侧部上设有连通孔11以用于连通外流道3与推进剂供应管路，参考图2，连通孔11与外流道3相切，即连通孔11与外流道3的某一环形截面的内环相切。参考图4，连通孔11的数量为多个且沿周向均匀分布在针栓套筒1的侧部，使得推进剂能够沿多个连通孔11均匀地进入外流道3。 [0022] 本实施例通过针栓杆2内部设置内流道21，并通过针栓套筒1与针栓杆2围成外流道3，形成外流道3环绕在内流道21周围的结构，同时将连通孔11与外流道3相切设置成相切的结构，使得从外流道3喷出的推进剂在离心加速度的作用下，在喷出后具有一定的径向速度，有效地拓展了喷雾的径向分布范围。 [0023] 针栓套筒1末端设有沿径向向内延伸的环形裙边12，外流道喷环31位于环形裙边12与针栓杆2的外壁之间，本实施例中外流道喷环31的流道厚度为0.3mm～0.8mm，即环形裙边12与针栓杆2的外壁之间的间距为0.3mm～0.8mm。针栓套筒1侧部上还设有喷气孔13以用于向外流道3通入雾化辅助气，连通孔11位于喷气孔13与外流道喷环31之间。通过在推进剂上方设置气体入口，在针栓喷注器的喷注过程中通过喷气孔13向外流道3内通入气体，进而促进外流道3内的液体推进剂雾化，结合针栓喷注器与气泡雾化喷雾器功能，有效改善部分液膜推进剂不能与射流推进剂直接碰撞破碎的弊端。液膜推进剂即从外流道喷环31所喷出的推进剂，射流推进剂即从内流道喷孔22喷出的推进剂。参考图4，喷气孔13的数量为多个且沿周向均匀分布在针栓套筒1的侧部，使得雾化辅助气能够沿多个喷气孔13均匀地进入外流道3。 [0024] 内流道喷孔22的数量为多个且沿周向均匀分布在针栓杆2的侧壁上。本实施例中多个内流道喷孔22分上下两层分布在针栓杆2上靠近端部的侧壁上。本实施例中，内流道喷孔22的孔径为0.3mm～2.0mm，内流道喷孔22的数量则需根据内流道喷孔22的孔径与推进剂的流量、流速与经验流量系数来计算确定，本实施例中不做赘述。 [0025] 针栓杆2侧壁上设有环形结构的支撑件24，支撑件24与针栓杆2一体成型，针栓套筒1内壁与支撑件24的外壁相贴以确保针栓套筒1与针栓杆2之间同心，即径向定位。支撑件24在支撑针栓套筒1与针栓杆2的同时将外流道3分割成混合腔与进气腔，混合腔和连通孔 11连通，进气腔与喷气孔13连通，支撑件24上环形间隔设有若干能够连通混合腔与进气腔的连通槽25。 [0026] 本实施例中的针栓喷注器主要应用于液液推进剂组合，其工作过程为：两种推进剂分别由供应管路流出。其中第一种推进剂直接沿针栓杆2上的内流道21向下流动，再以射流形式由两排内流道喷孔22流出；第二种推进剂经切向的连通孔11流入外流道3的混合腔，最终以液膜形式由外流道喷环31流出。同时，本构型结合了针栓喷注器与气泡雾化喷注器的优点，在第二种推进剂的上游还加入了雾化辅助气，雾化辅助气从喷气孔13进入外流道3的进气腔后向下流动，经由连通槽25向下流动并与第二种推进剂一起汇入混合腔，雾化辅助气能够有效地促进液体推进剂的雾化。 [0027] 以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。