專利名稱：全流量補燃循環(huán)發(fā)動機氣氫氣氧富氧預燃室的制作方法
全流量補燃循環(huán)發(fā)動機氣氫氣氧富氧預燃室
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于全流量補燃循環(huán)發(fā)動機系統(tǒng)的氣氫氣氧富氧預燃室方案設 計，屬于火箭發(fā)動機結構設計領域。
背景技術：
全流量補燃循環(huán)系統(tǒng)是一種新型的火箭發(fā)動機循環(huán)系統(tǒng)，是目前具有最高燃燒性 能的分級燃燒技術，是液體火箭發(fā)動機技術的重要發(fā)展發(fā)展方向之一。在全流量補燃循環(huán) 發(fā)動機系統(tǒng)中，由于其所有推進劑都將進入預燃室燃燒，因此，它的富氧預燃室混合比很 高，富氧預燃室技術研究是全流量補燃循環(huán)發(fā)動機系統(tǒng)的關鍵技術之一。
在小流量的氣氫氣氧全流量補燃循環(huán)發(fā)動機設計中，由于氫氣流量小，富氧預燃 室的結構設計難度大。首先，氫氣流量很小，氫氣流量控制及氫氣噴注器設計難度大，點火， 火焰維持及擴散困難，如文獻 S. Farhangi，K. hunt, L. Tuegel, D. matthews, and S. Fisher ((Oxidizer-rich Preburner for Advanced Rocket Engine Application))AIM 94-3260 PJf 述，該文獻所設計富氧預燃室的推進劑為液氧/氣氧，相比氣氫/氣氧富氧預燃室，相同溫 度下混合比低，相同總流量下氫氣流量大，氫氣噴注器設計相對簡單一些。其次，氧氣比例 大，燃氣摻混的均勻程度難以解決，對于混合比較低的富氧循環(huán)系統(tǒng)中，一般采用二次噴注 單元結構，即在噴嘴內進行二次摻混，如文獻吳寶元，葛李虎，譚永華，劉紅軍《富氧預燃室 高壓縮尺試驗研究》所述，但該種方法應用于具有更高混合比，氫氧比例相差更懸殊的全流 量氣氫氣氧富氧預燃室上難度大。第三，高富氧環(huán)境對富氧預燃室的抗氧化性能有很高要 求，通常采用專門的抗氧化涂層或者抗氧化材料制造富氧預燃室，成本高，如文獻William Μ. Marshal 1, Sibtosh Pal, etc.《Benchmark Wall Heat Flux Data for a GO2/GH2 Single Element Combustor》· AIAA2005-3572 所述。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單、點火可靠、摻混均勻、抗氧化性好的氣氫氣氧
富氧預燃室。一種氣氫氣氧富氧預燃室，包括氣動諧振點火器1、頭部2、二次噴注段3、調整段 4、出口段5組成。氣動諧振點火器1安裝于富氧預燃室頭部2，與富氧預燃室采用螺紋聯(lián) 接，點火器燃燒氣體為氫氣氧氣；所有氫氣通過點火器進入富氧預燃室，富氧預燃室結構中 沒有氫氣噴注器，點火器出口采用環(huán)縫補氧燃燒；富氧預燃室身部采用二次噴注，二次噴注 段3有多圈徑向氧氣噴注孔；調整段5可調燃燒室長度及二次噴注的軸向位置；富氧預燃 室整體鍍鎳抗氧化。本發(fā)明的氣氫氣氧富氧預燃室具有的優(yōu)點和積極效果在于(1)采用了技術成熟 氣動諧振點火器，可重復點火、單獨調試、點火持續(xù)時間可調整，并可與富氧預燃室拆分，因 此可以將點火器工作狀態(tài)調至穩(wěn)定再用于實施對富氧預燃室的點火，降低了試驗難度，提 高了點火的可靠性；(2)點火器燃燒氣體為氫氣氧氣，可從富氧預燃室供氣管路中引入，簡化了試驗系統(tǒng)；(3)點火器具有點火和供應氫氣的雙重功能，點火階段提供可靠的點火，點火完成后提供集中的氫氣供應。(4)氫氣集中供應，利于燃燒及火焰穩(wěn)定。(5)點火器出口 位于富氧預燃室噴注面板中心，采用環(huán)縫補氧方案，避免回流燒蝕噴注面板，也最大程度的 降低了高溫富氧燃氣燒蝕避免的概率。(5)富氧預燃室結構中沒有氫氣噴注器，降低了設 計難度，時序中也沒有氫氣供應時序的考慮，降低了試驗難度；(6)采用了徑向二次噴注手 段，噴注的氧氣擾動流場，有利于提高燃氣均勻度；(7)采用了調整段結構，調整段可以更 換，可以采用不同的調整段長度改變燃燒室長度，利于試驗研究的開展，同時，調整段既可 以安裝于二次噴注段前也可以安裝于二次噴注段后，可以對二次噴注的位置進行調整，利 于二次噴注特性的研究；(8)整體鍍鎳，鍍鎳技術成熟，工藝簡單，成本低廉，又具有良好的 抗氧化性能。

圖1是富氧預燃室結構2是富氧預燃室點火器出口結構示意圖
具體實施方式下面結合附圖來進一步說明本發(fā)明。氣動諧振點火器1通過螺紋與富氧預燃室頭部2連接，點火器入口位置為頭部噴 注面板中心。點火器燃燒氣體為氫氣氧氣，試驗時，通過空氣諧振加熱諧振管將氫氣氧氣點 燃后進入富氧預燃室實施點火。氫氣氧氣從富氧預燃室供應管路中引入。點火過程后，關閉點火器氧氣供應，氫氣路維持，點火器轉換為氫氣噴注器。由于 氫氣全部從點火器出口進入富氧預燃室，降低了中心區(qū)域的混合比，利于燃燒火焰的穩(wěn)定 和傳播。在富氧預燃室的點火器入口處采用環(huán)縫補氧燃燒方案，避免燃氣回流，如圖2所
示 ο二次噴注段3有氧氣腔和氧氣噴注孔，可徑向噴注氧氣，擾動流場，增進燃氣的摻 混，提高燃氣均勻性。調整段4可安裝于二次噴注段3與出口段5之間，也可安裝于頭部2與二次噴注 段3之間，或者是不安裝或者更換厚度不同的二次噴注段，可是實現(xiàn)對不同長度的、不同二 次噴注位置的富氧預燃室試驗研究。富氧預燃室所有結構整體鍍鎳抗氧化。
權利要求
氣氫氣氧富氧預燃室，包括點火器(1)、頭部(2)、二次噴注段(3)、調整段(4)、出口段(5)，點火器安裝于富氧預燃室頭部中心軸線上，其特征在于所述點火器是氣動諧振點火器。
2.如權利要求1所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于氣動諧振點火器采用氫氣 和氧氣作為推進劑，且氫氣和氧氣均由富氧預燃室供氣系統(tǒng)提供。
3.根據(jù)權利要求2所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于全部氫氣從點火器進入。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于氣動諧振點火器與富氧 預燃室采用螺紋連接，氣動諧振點火器可以單獨調試。
5.根據(jù)權利要求1 4所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于點火器出口采用環(huán) 縫補氧燃燒。
6.根據(jù)權利要求1 4所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于富氧預燃室身部設 有二次噴注氧氣結構。
7.根據(jù)權利要求1 4所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于調整段可安裝可不 安裝，可安裝于頭部與二次噴注段之間或者二次噴注段與出口段之間，或者更換不同厚度 調整段安裝。
8.根據(jù)權利要求1所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于二次噴注位置可通過調 整段調整。
9.根據(jù)權利要求1所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于富氧預燃室長度可通過 調整段調整。
10.根據(jù)權利要求1所述的氣氫氣氧富氧預燃室，其特征在于富氧預燃室所有結構件 表面鍍鎳。
全文摘要
氣氫氣氧富氧預燃室，用于全流量補燃循環(huán)發(fā)動機系統(tǒng)，屬于火箭發(fā)動機結構設計領域。預燃室包括氣動諧振點火器(1)、頭部(2)、二次噴注段(3)、調整段(4)、出口段(5)。氣動諧振點火器(1)安裝于富氧預燃室頭部(2)中心軸線上，與富氧預燃室采用螺紋聯(lián)接，點火器燃燒氣體為氫氣氧氣；所有氫氣通過點火器進入富氧預燃室，從而在富氧預燃室頭部結構中省去了氫氣噴注器；富氧預燃室身部采用二次噴注，二次噴注段3有多圈徑向氧氣噴注孔；調整段5可調燃燒室長度及二次噴注的軸向位置；富氧預燃室整體鍍鎳抗氧化。
文檔編號F02K9/60GK101832198SQ20081022599
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權日2009年3月10日
發(fā)明者俞南嘉, 李茂 , 蔡國飆, 金平 申請人:北京航空航天大學