一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器

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一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器
申请号	CN202210344524.7	申请日	2022-03-31	公开(公告)号	CN114607530A	公开(公告)日	2022-06-10
申请人	西安航天动力研究所;			发明人	王春民; 刘新华; 谭永华; 李龙飞; 王化余; 章荣军; 凌前程; 宋大亮; 卞香港;
摘要	本发明提供了一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，解决现有针栓式喷注器的活动套筒依靠推进剂压力和弹簧力平衡进行喷注面积调节，易引发系统压力波动而影响调节精度的问题。该喷注器包括壳体、中心筒、活动套筒、对接装置和紧固件；中心筒穿设在壳体上部，上端固定设置在壳体上；中心筒内腔作为第一推进介质喷注腔，下端设有径向喷注孔；活动套筒设置在中心筒与壳体之间；壳体上部内壁设有环形槽，环形槽内壁与活动套筒之间形成第二推进介质喷注腔；活动套筒下端外壁沿周向开设有环形缺口，环形缺口包括与活动套筒轴向平行的第一环面和与壳体内壁锥面配合的第二环面；对接装置位于中心筒上方，紧固件用于连接对接装置和活动套筒。
权利要求	1.一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，其特征在于：包括壳体(1)、中心筒(2)、活动套筒(3)、对接装置(4)和紧固件(5)；所述中心筒(2)穿设在壳体(1)上部，其上端固定设置在壳体(1)上，下端伸入壳体(1)内腔，且中心筒(2)与壳体(1)之间存在距离；所述中心筒(2)为中空结构，其内腔作为第一推进介质喷注腔(24)，中心筒(2)外壁设有与第一推进介质喷注腔(24)连通的第一推进介质接口(25)，其下端端部沿周向设有与第一推进介质喷注腔(24)连通的多个径向喷注孔(26)；所述活动套筒(3)设置在中心筒(2)与壳体(1)之间；所述壳体(1)上部内壁设有环形槽(11)，环形槽(11)内壁与活动套筒(3)外壁之间形成第二推进介质喷注腔，壳体(1)外壁设有与第二推进介质喷注腔连通的第二推进介质接口(12)；所述活动套筒(3)的下端位于径向喷注孔(26)外侧，且外壁沿周向开设有环形缺口(34)，环形缺口(34)包括夹角呈钝角的第一环面(341)和第二环面(342)，第一环面(341)与活动套筒(3)的轴向平行，第二环面(342)与壳体(1)内壁之间为锥面配合，且两者之间形成与第二推进介质喷注腔连通的环缝喷注通道(35)；所述对接装置(4)位于中心筒(2)上方，紧固件(5)用于连接对接装置(4)和活动套筒(3)；所述对接装置(4)用于与外部驱动机构(6)连接，在外部驱动机构(6)的作用下，通过对接装置(4)和紧固件(5)带动活动套筒(3)上下运动，以改变第二环面(342)与壳体(1)内壁之间的距离，以及活动套筒(3)对径向喷注孔(26)的遮挡面积。 2.根据权利要求1所述采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，其特征在于：所述中心筒(2)包括穿设在壳体(1)内的套管(21)、设置在套管(21)上部外壁且位于壳体(1)上方的环状连接板(22)以及上端与环状连接板(22)外端同轴连接的连接筒(23)；所述连接筒(23)的下端固定在壳体(1)上；所述活动套筒(3)上端外壁设有位于环状连接板(22)、连接筒(23)和壳体(1)之间的法兰盘(36)；所述紧固件(5)的下端与法兰盘(36)连接。 3.根据权利要求2所述采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，其特征在于：所述活动套筒(3)包括自上而下同轴固定的第一轴段(31)、锥状连接段(32)和第二轴段(33)，且第二轴段(33)的外径小于第一轴段(31)的外径；所述锥状连接段(32)的大端与第一轴段(31)下端相连，小端与第二轴段(33)上端相连。 4.根据权利要求1至3任一所述采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，其特征在于：所述紧固件(5)为沿对接装置(4)周向设置的多个锁紧螺钉，每个锁紧螺钉依次穿过对接装置(4)、中心筒(2)后与活动套筒(3)固定连接，且锁紧螺钉与中心筒(2)为间隙配合。 5.根据权利要求4所述采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，其特征在于：所述对接装置(4)为连接法兰。
说明书全文	一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器技术领域 [0001] 本发明涉及一种针栓式喷注器，具体涉及一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器。背景技术 [0002] 低成本、高可靠性已经成为火箭发动机发展的主要方向，而可重复使用是实现低成本的一条重要途径。要实现可重复使用，变推力发动机必不可少。就喷注器来说，实现变推力可以采用固定喷注面积，改变喷注压降；也可以采用固定喷注压降，改变喷注面积。 [0003] 针栓式喷注器通常依靠能够上下运动的活动套筒来调节喷注面积，以适应系统流量的变化，即系统流量增大时，喷注器喷注面积增大；系统流量减小时，喷注器喷注面积减小，以此保证恒定的推进剂喷注速度，从而在大范围变推力时能保证较高的燃烧性能，而目前的针栓式喷注器调节方式采用流量压力定位的方式，即当系统流量变化时，针栓式喷注器的活动套筒依靠推进剂压力和弹簧力的平衡进行喷注面积调节，平衡过程是动态过程，容易引发系统压力波动，影响调节精度，并且对喷注器燃烧稳定性产生不利影响。发明内容 [0004] 为了解决现有针栓式喷注器的活动套筒依靠推进剂压力和弹簧力的平衡进行喷注面积调节，易引发系统压力波动而影响调节精度，以及对喷注器燃烧稳定性产生不利影响的技术问题，本发明提供了一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案是： [0006] 一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，其特殊之处在于：包括壳体、中心筒、活动套筒、对接装置和紧固件； [0007] 所述中心筒穿设在壳体上部，其上端固定设置在壳体上，下端伸入壳体内腔，且中心筒与壳体之间存在距离； [0008] 所述中心筒为中空结构，其内腔作为第一推进介质喷注腔，中心筒外壁设有与第一推进介质喷注腔连通的第一推进介质接口，其下端端部沿周向设有与第一推进介质喷注腔连通的多个径向喷注孔； [0009] 所述活动套筒设置在中心筒与壳体之间； [0010] 所述壳体上部内壁设有环形槽，环形槽内壁与活动套筒外壁之间形成第二推进介质喷注腔，壳体外壁设有与第二推进介质喷注腔连通的第二推进介质接口； [0011] 所述活动套筒的下端位于径向喷注孔外侧，且外壁沿周向开设有环形缺口，环形缺口包括夹角呈钝角的第一环面和第二环面，第一环面与活动套筒的轴向平行，第二环面与壳体内壁之间为锥面配合，且两者之间形成与第二推进介质喷注腔连通的环缝喷注通道； [0012] 所述对接装置位于中心筒上方，紧固件用于连接对接装置和活动套筒； [0013] 所述对接装置用于与外部驱动机构连接，在外部驱动机构的作用下，通过对接装置和紧固件带动活动套筒上下运动，以改变第二环面与壳体内壁之间的距离，以及活动套筒对径向喷注孔的遮挡面积。 [0014] 进一步地，所述中心筒包括穿设在壳体内的套管、设置在套管上部外壁且位于壳体上方的环状连接板以及上端与环状连接板外端同轴连接的连接筒； [0015] 所述连接筒的下端固定在壳体上； [0016] 所述活动套筒上端外壁设有位于环状连接板、连接筒和壳体之间的法兰盘； [0017] 所述紧固件的下端与法兰盘连接。 [0018] 进一步地，所述活动套筒包括自上而下同轴固定的第一轴段、锥状连接段和第二轴段，且第二轴段的外径小于第一轴段的外径； [0019] 所述锥状连接段的大端与第一轴段下端相连，小端与第二轴段上端相连，锥状连接段与环形槽的上端相配合。 [0020] 进一步地，所述紧固件为沿对接装置周向设置的多个锁紧螺钉，每个锁紧螺钉依次穿过对接装置、中心筒后与活动套筒固定连接，且锁紧螺钉与中心筒为间隙配合。 [0021] 进一步地，所述对接装置为连接法兰。 [0022] 与现有技术相比，本发明的优点是： [0023] 1、本发明针栓式喷注器的活动套筒调节方式完全不依靠系统流量压力，而是由外部驱动机构带动活动套筒进行机械调节，极好地保证了调节精度，并且对喷注器燃烧稳定性无不利影响。 [0024] 2、本发明针栓式喷注器的活动套筒位置通过外部驱动机构实现准确定位，在实现喷注面积的精确调节同时，能够准确地实现喷注面积的调节，保证了多次调节的一致性，并且在调节动态过程中不会引发系统压力波动，有利于喷注燃烧稳定性。附图说明 [0025] 图1是本发明采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器的结构示意图； [0026] 图2是图1的Ⅰ处局部放大示意图； [0027] 其中，附图标记如下： [0028] 1‑壳体，11‑环形槽，12‑第二推进介质接口； [0029] 2‑中心筒，21‑套管，22‑环状连接板，23‑连接筒，24‑第一推进介质喷注腔，25‑第一推进介质接口，26‑径向喷注孔； [0030] 3‑活动套筒，31‑第一轴段，32‑锥状连接段，33‑第二轴段，34‑环形缺口，341‑第一环面，342‑第二环面，35‑环缝喷注通道，36‑法兰盘； [0031] 4‑对接装置，5‑紧固件，6‑外部驱动机构。具体实施方式 [0032] 以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。 [0033] 如图1所示，本发明一种采用机械调节喷注面积的针栓式喷注器，主要由壳体1、中心筒2、活动套筒3、对接装置4和紧固件5组成，中心筒2、活动套筒3和壳体1由内向外依次同心设置，紧固件5用于将活动套筒3与位于壳体1上方的对接装置4连接。 [0034] 中心筒2穿设在壳体1上部，其上端固定设置在壳体1上，下端端部伸入壳体1内腔，且中心筒2与壳体1之间存在距离。具体的，中心筒2包括穿设在壳体1内的套管21、设置在套管21上部外壁且位于壳体1上方的环状连接板22以及上端与环状连接板22外端同轴连接的连接筒23，连接筒23的下端固定在壳体1上；套管21为中空结构，其内腔作为第一推进介质喷注腔24，套管21外壁与壳体1之间存在距离，套管21外壁设有与第一推进介质喷注腔24连通的第一推进介质接口25，其下端端部沿周向设有与第一推进介质喷注腔24连通的多个径向喷注孔26。 [0035] 活动套筒3设置在中心筒2与壳体1之间，活动套筒3上端外壁设有位于环状连接板22、连接筒23和壳体1之间的法兰盘36，其下端位于径向喷注孔26外侧，活动套筒3能够相对中心筒2和壳体1沿中心筒2轴向上下移动。 [0036] 壳体1上部内壁设有环形槽11，环形槽11内壁与活动套筒3外壁之间形成第二推进介质喷注腔，壳体1外壁设有与第二推进介质喷注腔连通的第二推进介质接口12。 [0037] 活动套筒3的下端外壁沿周向开设有环形缺口34，环形缺口34包括夹角呈钝角的第一环面341和第二环面342，第一环面341与活动套筒3的轴向平行，第二环面342与壳体1内壁之间为锥面配合，且两者之间形成与第二推进介质喷注腔连通的环缝喷注通道35；本实施例活动套筒3包括自上而下同轴固定的第一轴段31、锥状连接段32和第二轴段33，且第二轴段33的外径小于第一轴段31的外径；锥状连接段32的大端与第一轴段31下端相连，小端与第二轴段33上端相连，且锥状连接段32与环形槽11的上端相配合。 [0038] 对接装置4位于中心筒2上方，紧固件5用于连接对接装置4和活动套筒3，同时，对接装置4用于与外部驱动机构6连接。本实施例对接装置4为连接法兰，外部驱动机构6为同轴设置在连接法兰上表面的外部作动电机，紧固件5为沿连接法兰周向设置的多个锁紧螺钉，每个锁紧螺钉依次穿过连接法兰、环状连接板22后，与法兰盘36固定连接，实现对接装置4与活动套筒3的固定，环状连接板22上开设有供锁紧螺钉穿过的安装孔，且锁紧螺钉与环状连接板22为间隙配合。 [0039] 本实施例针栓式喷注器中，壳体1、中心筒2为固定不动的元件，外部驱动机构6通过对接装置4、紧固件5与活动套筒3连接；在外部驱动机构6的作用下，通过对接装置4和紧固件5带动活动套筒3上下运动，以改变第二环面342与壳体1内壁之间的距离h1，以及改变径向喷注孔26的有效孔径h2，见图2所示；其中，第二环面342与壳体1内壁之间的距离h1的改变，即是环缝喷注通道35截面尺寸的变化，也就是第二推进介质喷注面积的改变；径向喷注孔26的有效孔径h2的改变，即是活动套筒3对径向喷注孔26遮挡面积的改变，则径向喷注孔26未遮挡的区域为有效喷注孔径，也就是第一推进介质喷注面积的改变。因此，通过外部驱动机构6带动活动套筒3上下运动，实现调节h1、h2，进而实现两种推进介质喷注面积的调节。 [0040] 本实施例针栓式喷注器与现有针栓式喷注器相比具有如下优点： [0041] 现有针栓式喷注器的活动套筒，在其上方设置一处弹簧，当系统流量压力变化时，活动套筒在系统压力与弹簧力的相互作用下，到达新的平衡位置，从而实现喷注面积的调节，但是这种调节方式，活动套筒的调节过程是动态过程，容易引发系统压力波动，影响调节精度，并且对喷注器燃烧稳定性产生不利影响，而本实施例中活动套筒3的调节方式完全不依靠系统流量压力，而由外部作动电机带动活动套筒3进行机械调节，极好地保证了调节精度，并且对喷注器燃烧稳定性无不利影响。 [0042] 本实施例针栓式喷注器的活动套筒3位置可通过外部驱动机构6实现准确定位，进而实现喷注面积的精确调节，能够准确地实现喷注面积的调节，保证了多次调节的一致性，并且在调节动态过程中不会引发系统压力波动，有利于喷注燃烧稳定性。 [0043] 以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。