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一种斜槽式针栓 喷注器头部结构

阅读：390发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种斜槽式针栓喷注器头部结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种斜槽式针栓喷注器头部结构，涉及针栓变推力发动机设计领域；包括针栓喷头、中心杆、密封结构、外环盖板、喷注器壳体、n个径向喷嘴接头和轴向喷嘴接头；其中，喷注器壳体为柱状结构；针栓喷头轴向竖直固定设置在喷注器壳体的低端中部；中心杆轴向竖直固定安装在针栓喷头的顶端；密封结构设置在针栓喷头与中心杆的连接处，实现密封；外环盖板为环状结构；外环盖板固定安装在喷注器壳体的低部；n个径向喷嘴接头沿轴向水平均匀设置在喷注器壳体的侧壁处；且n个径向喷嘴接头与喷注器壳体内腔连通；轴向喷嘴接头竖直固定安装在中心杆的顶端；本发明降低了针栓喷注器结构参数的匹配难度，提高了针栓工作可靠性和地面冷热态实验的便捷性。，下面是一种斜槽式针栓喷注器头部结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：包括针栓喷头(1)、中心杆(2)、密封结构(3)、外环盖板(4)、喷注器壳体(5)、n个径向喷嘴接头(6)和轴向喷嘴接头(7)；其中，喷注器壳体(5)为柱状结构；针栓喷头(1)轴向竖直固定设置在喷注器壳体(5)的低端中部；中心杆(2)轴向竖直固定安装在针栓喷头(1)的顶端；密封结构(3)设置在针栓喷头(1)与中心杆(2)的连接处，实现密封；外环盖板(4)为环状结构；外环盖板(4)固定安装在喷注器壳体(5)的低部；n个径向喷嘴接头(6)沿轴向水平均匀设置在喷注器壳体(5)的侧壁处；且n个径向喷嘴接头(6)与喷注器壳体(5)内腔连通；轴向喷嘴接头(7)竖直固定安装在中心杆(2)的顶端；n为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：所述针栓喷头(1)轴向底端的侧壁处设置有m个狭缝(8)；m个狭缝(8)沿针栓喷头(1)周向均匀分布；m为正整数且8≤m≤100；1≤n≤4。
3.根据权利要求2所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：所述狭缝(8)为矩形通孔结构；狭缝(8)短边长度为0.5-3mm，长边长度为1-6mm。
4.根据权利要求3所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：所述m个狭缝(8)相互平行；狭缝(8)与针栓喷头(1)竖直轴线的夹角为0°-90°。
5.根据权利要求4所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：斜槽式针栓喷注器的工作过程为：
其中一种外部推进剂从纵向接头(7)进入，经中心杆(2)的内腔进入针栓喷头(1)，随后外部推进剂从针栓喷头(1)侧壁的m个狭缝(8)喷出；
另一种外部推进剂从n个径向喷嘴接头(6)进入，经喷注器壳体(5)内腔到外环盖板(4)上端，从针栓喷头(1)外壁与外环盖板(4)形成的环状喷嘴(12)喷出；两种外部推进剂在喷注器外撞击实现雾化混合。
6.根据权利要求5所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：中心杆(2)轴向底端设置有遮槽板(21)，遮槽板(21)与针栓喷头(1)内壁面贴合；遮槽板(21)与针栓喷头(1)内壁面同轴度不大于0.05mm，遮槽板(21)外壁和针栓喷头内壁为间隙配合，配合间隙小于等于0.05mm。
7.根据权利要求6所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：所述针栓喷头(1)实现沿中心杆(2)轴向竖直方向移动调节；实现遮槽板(21)对狭缝(8)遮挡；遮槽板(21)对狭缝(8)的遮挡率为0％-100％。
8.根据权利要求7所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：所述针栓喷头(1)的外壁直径为20-60mm；当环状喷嘴(12)喷注外部液体推进剂时，环状喷嘴(12)的环缝宽度为0.3-1mm；当环状喷嘴(12)喷注外部气体推进剂时，环状喷嘴(12)的环缝宽度为2-
20mm。
9.根据权利要求8所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：当外部推进剂为液体推进剂时，最终雾化粒径不大于200μm；当外部推进剂为气体推进剂时，最终雾化粒径不大于100μm。
10.根据权利要求9所述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，其特征在于：所述针栓喷注器适用的外部液体推进剂粘度不大于10mPa.s。

说明书全文

一种斜槽式针栓喷注器头部结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种针栓变推力发动机设计领域，特别是一种斜槽式针栓喷注器头部结构。

背景技术

[0002] 变推力液体火箭发动机技术可以适应推进装置的可回收重复使用；适应载人航天主动飞行段宇航员的过载控制；适应空间航天器交会对接及最优化轨道控制；适应导弹多次变推分导动力系统控制；适应月球、火星等地外天体的软着陆。相较于常用的离心或直流式喷嘴，针栓式喷注器具有喷注参数可深度调节的突出优势，在美国多型发动机、我国的登月发动机中都有应用，未来可回收式重复使用发动机对于推力深度调节有确定的需求。针栓发动机是变推力液体火箭发动机最常用的形式，针栓喷注器是针栓变推力发动机的核心部件，针栓喷注器头部结构设计对发动机雾化、燃烧性能具有重要影响。

[0003] 目前，普通针栓喷注器喷孔构型为直槽或异型槽结构，在喷注器设计时，推进剂流量、下漏率、喷孔间距、针栓调节行程、针栓头部结构强度等各种设计参数的关联性极强，喷注器设计难度大；普通针栓喷注器头部构型复杂，针栓头部和遮槽板配合面存在泄漏风险，工艺要求高，喷注器加工难度大。在开展雾化燃烧等基础研究时，针栓喷注器地面试验件常常采用固定喷孔尺寸的针栓喷注器，导致喷注器工作特性与实际可调针栓喷注器产品存在一定差异。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种斜槽式针栓喷注器头部结构，降低了针栓喷注器结构参数的匹配难度，提高了针栓工作可靠性和地面冷热态实验的便捷性。

[0005] 本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

[0006] 一种斜槽式针栓喷注器头部结构，包括针栓喷头、中心杆、密封结构、外环盖板、喷注器壳体、n个径向喷嘴接头和轴向喷嘴接头；其中，喷注器壳体为柱状结构；针栓喷头轴向竖直固定设置在喷注器壳体的低端中部；中心杆轴向竖直固定安装在针栓喷头的顶端；密封结构设置在针栓喷头与中心杆的连接处，实现密封；外环盖板为环状结构；外环盖板固定安装在喷注器壳体的低部；n个径向喷嘴接头沿轴向水平均匀设置在喷注器壳体的侧壁处；且n个径向喷嘴接头与喷注器壳体内腔连通；轴向喷嘴接头竖直固定安装在中心杆的顶端；
n为正整数。

[0007] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，所述针栓喷头轴向底端的侧壁处设置有m个狭缝；m个狭缝沿针栓喷头周向均匀分布；m为正整数且8≤m≤100；1≤n≤4。

[0008] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，所述狭缝为矩形通孔结构；狭缝短边长度为0.5-3mm，长边长度为1-6mm。

[0009] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，所述m个狭缝相互平行；狭缝与针栓喷头竖直轴线的夹角为0°-90°。

[0010] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，斜槽式针栓喷注器的工作过程为：

[0011] 其中一种外部推进剂从纵向接头进入，经中心杆的内腔进入针栓喷头，随后外部推进剂从针栓喷头侧壁的m个狭缝喷出；

[0012] 另一种外部推进剂从n个径向喷嘴接头进入，经喷注器壳体内腔到外环盖板上端，从针栓喷头外壁与外环盖板形成的环状喷嘴喷出；两种外部推进剂在喷注器外撞击实现雾化混合。

[0013] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，中心杆轴向底端设置有遮槽板，遮槽板与针栓喷头内壁面贴合；遮槽板与针栓喷头内壁面同轴度不大于0.05mm，遮槽板外壁和针栓喷头内壁为间隙配合，配合间隙小于等于0.05mm。

[0014] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，所述针栓喷头实现沿中心杆轴向竖直方向移动调节；实现遮槽板对狭缝遮挡；遮槽板对狭缝的遮挡率为0％-100％。

[0015] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，所述针栓喷头的外壁直径为20-60mm；当环状喷嘴喷注外部液体推进剂时，环状喷嘴的环缝宽度为0.3-1mm；当环状喷嘴喷注外部气体推进剂时，环状喷嘴的环缝宽度为2-20mm。

[0016] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，当外部推进剂为液体推进剂时，最终雾化粒径不大于200μm；当外部推进剂为气体推进剂时，最终雾化粒径不大于100μm。

[0017] 在上述的一种斜槽式针栓喷注器头部结构，所述针栓喷注器适用的外部液体推进剂粘度不大于10mPa.s。

[0018] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0019] (1)本发明设计的斜槽式针栓喷注器头部结构，通过引入狭缝倾角参数，给针栓喷注器头部增加了一个设计维度，降低了设计参数的匹配难度；

[0020] (2)本发明提出了内遮槽方案，在相同的喷注压降和结构工艺条件下，比外遮槽方案具有更低的推进剂泄漏率；

[0021] (3)本发明通过螺纹旋进精确控制遮槽高度，通过更换外环盖板改变轴向喷嘴尺寸，具有较好的实验便捷性；同时，对结构尺寸要求不高，喷注器尺寸可以根据使用要求进行设计。附图说明

[0022] 图1为本发明斜槽式针栓喷注器剖视图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

[0024] 本发明提供一种斜槽式针栓喷注器头部结构，一种喷射介质分别通过轴向喷嘴接头7进入轴向喷嘴，另一种喷射介质通过径向喷嘴接头6进入针栓喷头1；最终在针栓喷头1外部形成雾化撞击；可以降低针栓喷注器结构参数的匹配难度，提高针栓工作可靠性和地面冷热态实验的便捷性。

[0025] 如图1所示为斜槽式针栓喷注器剖视图，由图可知，一种斜槽式针栓喷注器头部结构，包括针栓喷头1、中心杆2、密封结构3、外环盖板4、喷注器壳体5、n个径向喷嘴接头6和轴向喷嘴接头7；其中，喷注器壳体5为柱状结构；针栓喷头1轴向竖直固定设置在喷注器壳体5的低端中部；中心杆2轴向竖直固定安装在针栓喷头1的顶端；密封结构3设置在针栓喷头1与中心杆2的连接处，实现密封；外环盖板4为环状结构；外环盖板4固定安装在喷注器壳体5的低部；n个径向喷嘴接头6沿轴向水平均匀设置在喷注器壳体5的侧壁处；且n个径向喷嘴接头6与喷注器壳体5内腔连通；轴向喷嘴接头7竖直固定安装在中心杆2的顶端；n为正整数。

[0026] 针栓喷头1轴向底端的侧壁处设置有m个狭缝8；m个狭缝8沿针栓喷头1周向均匀分布；m为正整数且8≤m≤100；1≤n≤4。狭缝8为矩形通孔结构；狭缝8短边长度为0.5-3mm，长边长度为1-6mm。m个狭缝8相互平行；狭缝8与针栓喷头1竖直轴线的夹角为0°-90°。

[0027] 斜槽式针栓喷注器的工作过程为：

[0028] 其中一种外部推进剂从纵向接头7进入，经中心杆2的内腔进入针栓喷头1，随后外部推进剂从针栓喷头1侧壁的m个狭缝8喷出；

[0029] 另一种外部推进剂从n个径向喷嘴接头6进入，经喷注器壳体5内腔到外环盖板4上端，从针栓喷头1外壁与外环盖板4形成的环状喷嘴12喷出；两种外部推进剂在喷注器外撞击实现雾化混合。

[0030] 中心杆2轴向底端设置有遮槽板21，遮槽板21与针栓喷头1内壁面贴合；遮槽板21与针栓喷头1内壁面同轴度不大于0.05mm，遮槽板21外壁和针栓喷头内壁为间隙配合，配合间隙小于等于0.05mm。针栓喷头1实现沿中心杆2轴向竖直方向移动调节；实现遮槽板21对狭缝8遮挡；遮槽板21对狭缝8的遮挡率为0％-100％。

[0031] 针栓喷头1的外壁直径为20-60mm；当环状喷嘴12喷注外部液体推进剂时，环状喷嘴12的环缝宽度为0.3-1mm；当环状喷嘴12喷注外部气体推进剂时，环状喷嘴12的环缝宽度为2-20mm。

[0032] 当外部推进剂为液体推进剂时，最终雾化粒径不大于200μm；当外部推进剂为气体推进剂时，最终雾化粒径不大于100μm。所述针栓喷注器适用的外部液体推进剂粘度不大于10mPa.s。

[0033] 针栓喷头1通过螺纹结构连接中心杆2并通过密封结构3进行通道隔离，针栓喷头1与外环盖板4形成环状喷嘴12，外环盖板4通过螺钉固定在喷注器壳体5上，喷注器壳体5上分别安装轴向喷嘴接头6和径向喷嘴接头7。喷射介质分别通过轴向喷嘴接头6进入轴向喷嘴，通过径向喷嘴接头7进入针栓喷头。

[0034] 根据本发明适用的斜槽式针栓喷注器头部结构，所述针栓喷头设置具有倾斜角度的狭缝8作为喷孔，狭缝8沿针栓喷头周向均匀布置，狭缝8倾角根据喷孔数量、下漏率、调节行程、喷注流量等参数进行匹配设计。

[0035] 根据本发明适用的斜槽式针栓喷注器头部结构，所述喷注器采用内遮槽方案，中心杆端部带有遮槽板21，遮槽板21位于针栓喷头1内部。

[0036] 根据本发明适用的斜槽式针栓喷注器头部结构，所述中心杆2和针栓喷头1设置径向密封结构3，避免外部推进剂介质串腔。

[0037] 根据本发明适用的斜槽式针栓喷注器头部结构，所述针栓喷头1和中心杆2采用螺纹连接，可以通过调节螺纹旋进深度精确控制遮槽板21的高度。

[0038] 根据本发明适用的斜槽式针栓喷注器头部结构，所述外环盖板4为可拆卸结构，外环盖板4与针栓喷头1组合形成环状喷嘴12，通过调整外环盖板4尺寸和型面可以改变环状喷嘴12尺寸。

[0039] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

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