离心喷注器

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离心喷注器
申请号	CN202210653136.7	申请日	2022-06-09	公开(公告)号	CN114962074A	公开(公告)日	2022-08-30
申请人	北京航空航天大学; 北京动力机械研究所;			发明人	俞南嘉; 李天文; 蔡国飙; 冮强; 赵增; 赵亚明; 韩树焘; 周闯; 赵融会;
摘要	本发明提供了一种离心喷注器，涉及火箭发动机技术领域，包括：驱动构件、喷注器主体和调节针阀；通过在喷注器主体内形成旋流室，调节针阀设置于旋流室内，调节针阀与旋流室的内壁之间形成喷口缝隙，驱动构件带动调节针阀在旋流室内直线运动，改变喷注器喷口缝隙的开度，从而实现大范围的流量调节，缓解了现有技术中存在的离心喷注器是通过多集液腔的形式来实现推力变比，流量的调节是阶跃式的，且调节范围小的技术问题。
权利要求	1.一种离心喷注器，其特征在于，包括：驱动构件(100)、喷注器主体(200)和调节针阀(300)；所述喷注器主体(200)的内壁形成有旋流室(211)，所述调节针阀(300)设置于所述旋流室(211)内，所述调节针阀(300)外壁与所述喷注器主体(200)形成所述旋流室(211)的内壁之间围设成用于喷出液体介质的喷口缝隙(400)；所述驱动构件(100)与所述调节针阀(300)传动连接，所述驱动构件(100)配置为能够带动所述调节针阀(300)在所述旋流室(211)内移动，以改变所述喷口缝隙(400)的开度。 2.根据权利要求1所述的离心喷注器，其特征在于，所述喷注器主体(200)包括喷注器下底(210)；所述喷注器下底(210)的内壁围设形成所述旋流室(211)，沿着所述喷注器下底(210)的侧壁的切向方向设置有多个切向孔(212)，液体介质通过多个所述切向孔(212)进入到所述旋流室(211)中。 3.根据权利要求2所述的离心喷注器，其特征在于，所述喷注器主体(200)还包括喷注器上底(220)；所述喷注器上底(220)盖设于所述喷注器下底(210)上，所述喷注器上底(220)的内壁与所述喷注器下底(210)的外壁之间形成集液腔(221)，多个所述切向孔(212)均与所述集液腔(221)连通。 4.根据权利要求3所述的离心喷注器，其特征在于，所述喷注器上底(220)的侧壁设置有液体介质入口(222)，所述液体介质入口(222)与所述集液腔(221)连通，液体介质通过所述液体介质入口(222)进入到所述集液腔(221)中；所述喷注器上底(220)的侧壁设置有测压孔(223)，所述测压孔(223)与所述集液腔(221)连通。 5.根据权利要求4所述的离心喷注器，其特征在于，所述喷注器上底(220)具有上底连接边，所述喷注器下底(210)具有下底连接边，所述上底连接边设置有上底安装孔(224)，所述下底连接边设置有下底安装孔(213)，螺栓穿过所述上底安装孔(224)和所述下底安装孔(213)；所述下底连接边设置有用于固定所述喷注器上底(220)的螺栓安装孔(216)。 6.根据权利要求3所述的离心喷注器，其特征在于，所述调节针阀(300)包括相互连接的连接部(310)和喷注部(320)，所述喷注器上底(220)具有限位孔(225)，所述连接部(310)穿过所述限位孔(225)与所述驱动构件(100)连接，所述喷注部(320)与所述连接部(310)之间的连接处形成有用于限制所述喷注部(320)移动范围的抵接边；所述喷注部(320)远离所述连接部(310)的一端具有喷注斜面(321)，所述喷注斜面(321)与所述喷注器下底(210)之间围设形成所述喷口缝隙(400)。 7.根据权利要求6所述的离心喷注器，其特征在于，所述连接部(310)远离所述喷注部(320)的一端设置有螺钉安装部(330)，所述连接部(310)通过所述螺钉安装部(330)与所述驱动构件(100)连接；沿着所述喷注部(320)的侧壁具有用于安装密封圈的第一密封圈安装槽(340)，以使所述喷注部(320)与所述喷注器下底(210)的内壁密封。 8.根据权利要求7所述的离心喷注器，其特征在于，所述喷注器上底(220)具有用于安装密封圈的第二密封圈安装槽(226)，以使所述喷注器下底(210)与所述喷注器上底(220)之间密封。 9.根据权利要求8所述的离心喷注器，其特征在于，所述喷注器下底(210)的上侧与下侧分别设置有第三密封圈安装槽(214)和第四密封圈安装槽(215)。 10.根据权利要求1所述的离心喷注器，其特征在于，所述驱动构件(100)包括伺服电机(110)、传动机构(120)和连接机构(130)；所述传动机构(120)的一端与所述伺服电机(110)的驱动端连接，所述传动机构(120)的另一端与所述连接机构(130)连接，所述连接机构(130)与所述调节针阀(300)连接。
说明书全文	离心喷注器技术领域 [0001] 本发明涉及火箭发动机技术领域，尤其是涉及一种离心喷注器。背景技术 [0002] 喷注器作为火箭发动机的组成部分，是影响发动机性能的一个重要因素。离心喷注器是目前较为成熟的喷注器形式，其结构简单，雾化效果好，燃烧效率高，在不同推力的发动机中均有较多应用。 [0003] 现有的离心喷注器喷注面积基本为固定式，在变推力发动机迅速发展的今天，离心喷注器也通过各种形式来适应发动机对喷注器提出的更高的要求，目前离心喷注器主要通过多集液腔的形式来实现推力变比，这使得流量的调节是阶跃式的且调节范围小。发明内容 [0004] 本发明的目的在于提供一种离心喷注器，以缓解了现有技术中存在的离心喷注器是通过多集液腔的形式来实现推力变比，流量的调节是阶跃式的，且调节范围小的技术问题。 [0005] 第一方面，本发明提供的离心喷注器，包括：驱动构件、喷注器主体和调节针阀； [0006] 所述喷注器主体的内壁形成有旋流室，所述调节针阀设置于所述旋流室内，所述调节针阀外壁与所述喷注器主体形成所述旋流室的内壁之间围设成用于喷出液体介质的喷口缝隙； [0007] 所述驱动构件与所述调节针阀传动连接，所述驱动构件配置为能够带动所述调节针阀在所述旋流室内移动，以改变所述喷口缝隙的开度。 [0008] 在可选的实施方式中， [0009] 所述喷注器主体包括喷注器下底； [0010] 所述喷注器下底的内壁围设形成所述旋流室，沿着所述喷注器下底的侧壁的切向方向设置有多个切向孔，液体介质通过多个所述切向孔进入到所述旋流室中。 [0011] 在可选的实施方式中， [0012] 所述喷注器主体还包括喷注器上底； [0013] 所述喷注器上底盖设于所述喷注器下底上，所述喷注器上底的内壁与所述喷注器下底的外壁之间形成集液腔，多个所述切向孔均与所述集液腔连通。 [0014] 在可选的实施方式中， [0015] 所述喷注器上底的侧壁设置有液体介质入口，所述液体介质入口与所述集液腔连通，液体介质通过所述液体介质入口进入到所述集液腔中； [0016] 所述喷注器上底的侧壁设置有测压孔，所述测压孔与所述集液腔连通。 [0017] 在可选的实施方式中， [0018] 所述喷注器上底具有上底连接边，所述喷注器下底具有下底连接边，所述上底连接边设置有上底安装孔，所述下底连接边设置有下底安装孔，螺栓穿过所述上底安装孔和所述下底安装孔； [0019] 所述下底连接边设置有用于固定所述喷注器上底的螺栓安装孔。 [0020] 在可选的实施方式中， [0021] 所述调节针阀包括相互连接的连接部和喷注部，所述喷注器上底具有限位孔，所述连接部穿过所述限位孔与所述驱动构件连接，所述喷注部与所述连接部之间的连接处形成有用于限制所述喷注部移动范围的抵接边； [0022] 所述喷注部远离所述连接部的一端具有喷注斜面，所述喷注斜面与所述喷注器下底之间围设形成所述喷口缝隙。 [0023] 在可选的实施方式中， [0024] 所述连接部远离所述喷注部的一端设置有螺钉安装部，所述连接部通过所述螺钉安装部与所述驱动构件连接； [0025] 沿着所述喷注部的侧壁具有用于安装密封圈的第一密封圈安装槽，以使所述喷注部与所述喷注器下底的内壁密封。 [0026] 在可选的实施方式中， [0027] 所述喷注器上底具有用于安装密封圈的第二密封圈安装槽，以使所述喷注器下底与所述喷注器上底之间密封。 [0028] 在可选的实施方式中， [0029] 所述喷注器下底的上侧与下侧分别设置有第三密封圈安装槽和第四密封圈安装槽。 [0030] 在可选的实施方式中， [0031] 所述驱动构件包括伺服电机、传动机构和连接机构； [0032] 所述传动机构的一端与所述伺服电机的驱动端连接，所述传动机构的另一端与所述连接机构连接，所述连接机构与所述调节针阀连接。 [0033] 本发明提供的离心喷注器，包括：驱动构件、喷注器主体和调节针阀；通过在喷注器主体内形成旋流室，调节针阀设置于旋流室内，调节针阀与旋流室的内壁之间形成喷口缝隙，驱动构件带动调节针阀在旋流室内直线运动，改变喷注器喷口缝隙的开度，从而实现大范围的流量调节，缓解了现有技术中存在的离心喷注器是通过多集液腔的形式来实现推力变比，流量的调节是阶跃式的，且调节范围小的技术问题。附图说明 [0034] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0035] 图1为本发明实施例提供的离心喷注器的整体结构剖视图； [0036] 图2为本发明实施例提供的离心喷注器中喷注器主体的结构示意图； [0037] 图3为本发明实施例提供的离心喷注器中喷注器上底的结构示意图； [0038] 图4为本发明实施例提供的离心喷注器中喷注器下底的结构示意图； [0039] 图5为本发明实施例提供的离心喷注器中调节针阀的结构示意图； [0040] 图6为本发明实施例提供的离心喷注器中切向孔的安装布置结构示意图。 [0041] 图标：100‑驱动构件；110‑伺服电机；120‑传动机构；130‑连接机构；200‑喷注器主体；210‑喷注器下底；211‑旋流室；212‑切向孔；213‑下底安装孔；214‑第三密封圈安装槽；215‑第四密封圈安装槽；216‑螺栓安装孔；220‑喷注器上底；221‑集液腔；222‑液体介质入口；223‑测压孔；224‑上底安装孔；225‑限位孔；226‑第二密封圈安装槽；300‑调节针阀； 310‑连接部；320‑喷注部；321‑喷注斜面；330‑螺钉安装部；340‑第一密封圈安装槽；400‑喷口缝隙。具体实施方式 [0042] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。 [0043] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0044] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。 [0045] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0046] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。 [0047] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0048] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0049] 现有的离心喷注器主要通过多个集液腔的形式来实现推力变比，使得流量的调节是阶跃式的且调节范围小。 [0050] 有鉴于此，如图1所示，本实施例提供了一种离心喷注器，包括：驱动构件100、喷注器主体200和调节针阀300；喷注器主体200的内壁形成有旋流室211，调节针阀300设置于旋流室211内，调节针阀300外壁与喷注器主体200形成旋流室211的内壁之间围设成用于喷出液体介质的喷口缝隙400；驱动构件100与调节针阀300传动连接，驱动构件100配置为能够带动调节针阀300在旋流室211内移动，以改变喷口缝隙400的开度。 [0051] 当需要改变推力时，驱动构件100工作，带动调节针阀300在喷注器主体200内的旋流室211内移动，改变调节针阀300与旋流室211之间形成的喷口缝隙400的开度，即可改变出油的流量，进而实现只需要控制驱动构件100的作用即可线性改变推力，缓解了现有技术中存在的离心喷注器是通过多集液腔221的形式来实现推力变比，流量的调节是阶跃式的，且调节范围小的技术问题。 [0052] 另外，需要注意的是，本发明的离心喷注器为单组元喷注器，主要应用领域为单组元发动机或固液火箭发动机，故喷注出的液体介质主要为氧化剂或单组元推进剂。 [0053] 关于喷注器主体200的形状和结构，具体而言： [0054] 如图2所示，喷注器主体200包括喷注器上底220和喷注器下底210，喷注器上底220和喷注器下底210均为圆柱状结构，内部具有空腔，喷注器上底220盖设在喷注器下底210上，使喷注器下底210的顶部伸入到喷注器上底220内的空腔中，喷注器上底220内部的空腔形成集液腔221，即喷注器上底220的内壁形成集液腔221，能够储放液体介质，喷注器下底210内部的空腔形成旋流室211，即喷注器下底210的内壁形成旋流室211，调节针阀300伸入到喷注器下底210内形成的旋流室211中，调节针阀300与喷注器下底210的内壁之间具有间隙，形成喷口缝隙400，位于集液腔221中的液体介质进入旋流室211中，旋流室211中的液体介质通过喷口缝隙400排出。 [0055] 关于喷注器上底220的形状和结构，具体而言： [0056] 如图3所示，喷注器上底220的底部侧边具有上底连接边，在上底连接边上设置上底安装孔224，螺栓穿过上底安装孔224伸入到喷注器下底210中，即可完成喷注器上底220与喷注器下底210的连接。 [0057] 喷注器上底220的侧壁上开设液体介质入口222，液体介质入口222与喷注器上底220内部形成的集液腔221连通，液体介质通过液体介质入口222进入到集液腔221中；喷注器上底220的侧壁上开设测压孔223，用于试验时测量集液腔221的压力；喷注器上底220的内壁顶部位置开设第二密封圈安装槽226，第二密封圈安装槽226能够安装密封圈，使喷注器上底220与喷注器下底210的接触位置密封。 [0058] 在喷注器上底220的顶部中间位置开设限位孔225，能够限制调节针阀300的移动，避免调节针阀300从喷注器上底220脱出。 [0059] 关于喷注器下底210的形状和结构，具体而言： [0060] 如图4所示，喷注器下底210的底部侧边具有下底连接边，在下底连接边上设置下底安装孔213，螺栓依次穿过上底安装孔224伸入到下底安装孔213中，完成喷注器上底220与喷注器下底210的连接。 [0061] 喷注器下底210的内壁围设形成旋流室211，如图6所示，喷注器下底210的侧壁设置多个切向孔212，切向孔212沿着喷注器下底210侧壁的切向方向设置，集液腔221中的液体介质通过多个切向孔212进入到旋流室211中，集液腔221中的介质在经过切向孔212后有了较大的切向速度，从而在喷注器下底210内经历液膜展开、破碎、雾化过程。 [0062] 喷注器下底210的下底连接边的上侧设置第三密封圈安装槽214，可供密封圈安装，用于密封喷注器下底210与喷注器上底220；喷注器下底210的下底连接边的下侧设置第四密封圈安装槽215，可供密封圈安装，用于密封喷注器下底210与端盖之间的密封；喷注器下底210的下底连接边上的设置螺栓安装孔216，配合螺栓将喷注器下底210进行固定。 [0063] 关于调节针阀300的形状和结构，具体而言： [0064] 如图5所示，调节针阀300包括依次连接的连接部310、喷注部320和螺钉安装部330，喷注部320位于旋流室211内，连接部310穿出限位孔225，连接部310通过螺钉安装部 330与驱动构件100连接，螺钉安装部330上具有螺钉安装孔，利用螺钉将驱动构件100与螺钉安装部330连接，通过驱动构件100带动调节针阀300的整体移动，进而使喷注部320在旋流室211内移动。 [0065] 为了保证调节针阀300不会从限位孔225中脱出，喷注部320和连接部310构成凸字形，喷注部320的外径尺寸大于连接部310的外径尺寸，喷注部320与连接部310之间的抵接边能够与喷注器上底220位于限位孔225处的内壁抵接，限制调节针阀300的移动范围。 [0066] 沿着喷注部320的外壁设置两个凸起，两个凸起之间形成第一密封圈安装槽340，O型圈安装在第一密封圈安装槽340中，为动密封，避免液体介质与连接部310接触。 [0067] 喷注部320与喷注器下底210的内壁之间具有间隙，并且在喷注器远离连接部310的端部设置喷注斜面321，喷注器下底210出油口孔壁的斜面与喷注斜面321相互抵接时，喷口缝隙400通道关闭，旋流室211内的液体介质无法流出，通过控制驱动构件100带动调节针阀300整体移动，喷注部320向远离喷注器下底210的方向移动，控制喷口缝隙400的开度，喷口缝隙400打开，旋流室211内的液体介质沿着喷注部320与喷注器下底210的内壁之间的间隙向喷口缝隙400移动，从喷口缝隙400流出。 [0068] 关于驱动构件100的形状和结构，具体而言： [0069] 驱动构件100包括伺服电机110、传动机构120和连接机构130，伺服电机110的驱动端与传动机构120连接，传动机构120可设置为螺杆与螺母的配合，将伺服电机110产生的转动运动转换为直线运动，连接机构130可设置为连接杆，通过螺钉固定在螺钉安装部330上，进而实现带动调节针阀300的整体移动，即可通过控制伺服电机110的工作即可控制喷口缝隙400的开度。 [0070] 本发明的离心喷注器，适用于变推力火箭发动机，可以在保证良好喷注性能的同时，实现大范围的流量调节，伺服电机110通电转动，传动机构120将电机轴的转动转化为直线运动，从而带动调节针阀300直线运动，改变喷注器喷口缝隙400的开度，从而实现大范围的流量调节，改变喷口缝隙400的开度即改变了集液腔221的出口面积，可以使得喷注器在各个流量条件下能够维持较为稳定的喷注性能。 [0071] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。