一種低流阻錐閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于航天、航空領(lǐng)域，涉及一種錐閥，具體涉及一種低流阻錐閥。該錐閥包括調(diào)節(jié)圓錐和節(jié)流圓管，其改進(jìn)之處在于：節(jié)流圓管包括按照推進(jìn)劑注入的方向依次設(shè)置的收斂段管道、喉部管道以及擴(kuò)散段管道。其中，各段管道都需要滿足一定的參數(shù)。通過本發(fā)明的改進(jìn)避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在7500N工況時(shí)出現(xiàn)的壓降高、流阻大的問題，使得錐閥滿足7500N工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)要求。
【專利說明】一種低流阻錐閥
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天、航空領(lǐng)域，涉及一種錐閥，具體涉及一種低流阻錐閥。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段比較先進(jìn)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，均要求發(fā)動(dòng)機(jī)具有一定的變推力能力，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑(氧化劑、燃料及冷卻劑)劑量大小的調(diào)節(jié)是一個(gè)主要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用錐閥分別對(duì)氧化劑、燃料及冷卻劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1為現(xiàn)有錐閥中調(diào)節(jié)圓錐和節(jié)流圓管的結(jié)構(gòu)示意圖；通過調(diào)節(jié)圓錐的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，控制進(jìn)過節(jié)流圓管中推進(jìn)劑流量的大小。
[0003]在進(jìn)行“嫦娥三號(hào)”7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，7500N工況系統(tǒng)要求推進(jìn)劑流阻(即壓降)較低(氧化劑=0.1MPa,燃料=0.1MPa,冷卻劑=0.1MPa);但是采用現(xiàn)有的錐閥，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到接近7500N工況過程中，閥體內(nèi)部的推進(jìn)劑會(huì)產(chǎn)生較大的流阻(通過多次試驗(yàn)得出，在7500N工況時(shí)，現(xiàn)有錐閥產(chǎn)生的推進(jìn)劑流阻分別為:氧化劑大約1.3MPa,燃料大約1.1MPa,冷卻劑大約0.67MPa)，從而系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較高的壓降，導(dǎo)致現(xiàn)有的錐閥在試驗(yàn)時(shí)無法滿足系統(tǒng)試驗(yàn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)錐閥在7500N工況過程中無法滿足使用要求，本發(fā)明提出可產(chǎn)生低流阻、低壓降、具備調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)7500N工況流量能力的一種低流阻錐閥。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0006]一種低流阻錐閥，其特征在于:該流量調(diào)節(jié)閥的節(jié)流圓管包括按照推進(jìn)劑注入的方向依次設(shè)置的收斂段管道、喉部管道以及擴(kuò)散段管道。
[0007]上述的收斂段管道的收斂角為60° ;所述收斂段管道的入口直徑為喉部管道的直徑1.5?2倍；所述喉部管道的長度為喉部管道直徑的1.5?2倍；所述擴(kuò)散段管道的擴(kuò)散角為6°?10° ;所述擴(kuò)散段的出口直徑為喉部管道直徑的1.5?2倍。
[0008]上述喉部管道的入口處設(shè)置有圓角；所述圓角半徑為I?2mm。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]本發(fā)明采用的錐閥中的節(jié)流圓管結(jié)構(gòu)和節(jié)流圓管各段管道的參數(shù)設(shè)計(jì)，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在7500N工況時(shí)出現(xiàn)的壓降高、流阻大的問題，使得錐閥滿足7500N工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有流量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0012]圖2為本發(fā)明流量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0013]1-調(diào)節(jié)圓錐、2-節(jié)流圓管、21-收斂段管道、22-喉部管道、23-擴(kuò)散段管道。【具體實(shí)施方式】[0014]在航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)注入推進(jìn)劑時(shí)，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到接近7500N工況過程中，在閥體內(nèi)部注入推進(jìn)劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的流體阻力(通過多次試驗(yàn)得出，在7500N工況時(shí)，現(xiàn)有流量調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的流阻系數(shù)為2?2.7)，從而系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較高的壓降，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)有的錐閥無法具備調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)7500N工況流量能力，無法滿足系統(tǒng)試驗(yàn)的要求。
[0015]為此，本案發(fā)明人進(jìn)過反復(fù)試驗(yàn)和理論結(jié)算，從而設(shè)計(jì)出一種低流阻錐閥，該閥的改進(jìn)之處是:在現(xiàn)有錐閥的基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)節(jié)圓錐和節(jié)流圓管進(jìn)行了改進(jìn)。
[0016]以下結(jié)合附圖2，對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案進(jìn)行描述:
[0017]該閥中的節(jié)流圓管2包括按照推進(jìn)劑注入的方向依次設(shè)置的收斂段管道21、喉部管道22以及擴(kuò)散段管道23。
[0018]根據(jù)發(fā)明人的反復(fù)試驗(yàn)和理論計(jì)算得出，、當(dāng)節(jié)流圓管2的收斂段管道21的收斂角為Θ i = 60° ;收斂段管道的入口直徑(Dl)為喉部管道的直徑(D2)的1.5?2倍；喉部管道22的長度(L)為喉部管道22直徑(D2)的1.5?2倍；擴(kuò)散段管道23的擴(kuò)散角為Θ 2 = 6°?10° ;擴(kuò)散段管道的出口直徑(D3)為喉部管道直徑(D2)的1.5?2倍時(shí)，該錐閥的流阻系數(shù)最??；
[0019]為了進(jìn)一步避免推進(jìn)劑注入過程中會(huì)產(chǎn)生較大的流阻，發(fā)明人設(shè)計(jì)時(shí)，要求在加工喉部管道時(shí)，喉部管道22的入口處設(shè)置有圓角r ;圓角半徑為r = I?2mm為優(yōu)。
[0020]進(jìn)一步說，為了和節(jié)流圓管2匹配使用，進(jìn)一步的提升該閥的使用效果，發(fā)明人還提出該錐閥中的調(diào)節(jié)圓錐I的錐尖半徑rl ( 0.5mm。
[0021]發(fā)明人使用該錐閥在航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī)7500N工況下，進(jìn)行多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)錐閥的流阻達(dá)到了系統(tǒng)要求，通過得到的流阻反算得到(氧化劑流阻系數(shù)為0.15，燃料流阻系數(shù)為0.17，冷卻劑流阻系數(shù)為0.3)。
[0022]需要說明的是:流阻系數(shù)越高流阻越大，具體的計(jì)算公式是:
[0023]F = kpv2
[0024]其中:F代表流阻；
[0025]k代表流阻系數(shù)；
[0026]P代表推進(jìn)劑密度；
[0027]V代表推進(jìn)劑流速。
【權(quán)利要求】
1.一種低流阻錐閥，包括調(diào)節(jié)圓錐和節(jié)流圓管，其特征在于:所述節(jié)流圓管包括按照推進(jìn)劑注入的方向依次設(shè)置的收斂段管道、喉部管道以及擴(kuò)散段管道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低流阻錐閥，其特征在于:所述的收斂段管道的收斂角為60° ;所述收斂段管道的入口直徑為喉部管道的直徑1.5?2倍；所述喉部管道的長度為喉部管道直徑的1.5?2倍；所述擴(kuò)散段管道的擴(kuò)散角為6°?10° ;所述擴(kuò)散段管道的出口直徑為喉部管道直徑的1.5?2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低流阻錐閥，其特征在于:所述喉部管道的入口處設(shè)置有圓角；所述圓角半徑為I?2mm。
【文檔編號(hào)】F02K9/58GK103953463SQ201410189239
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】陳展, 祁增強(qiáng), 王可立, 赫偉濤, 劉志讓, 袁洪濱, 蘭曉輝, 蔡德慧 申請(qǐng)人:中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院第十一研究所