本發(fā)明涉及一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，適用于氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)火炬點(diǎn)火，可用于航空航天領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、重復(fù)使用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及高性能上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火次數(shù)提出更多的需求，目前廣泛采用的方案是采用火炬式電點(diǎn)火器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固體火藥點(diǎn)火器。火炬點(diǎn)火器的點(diǎn)火介質(zhì)一般都是從發(fā)動(dòng)機(jī)泵后管路或者高壓點(diǎn)火氣瓶引出，經(jīng)點(diǎn)火管路和點(diǎn)火閥門進(jìn)入點(diǎn)火器，點(diǎn)火器作為一個(gè)獨(dú)立的組件安裝在推力室頭部。一些液液點(diǎn)火器一般還需要專門設(shè)置預(yù)冷泄出閥和吹除閥門，整個(gè)點(diǎn)火系統(tǒng)比較復(fù)雜，組件較多，重量較重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種集成在氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，取消點(diǎn)火閥門和點(diǎn)火管路，簡(jiǎn)化點(diǎn)火系統(tǒng)和減輕重量。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

3、一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，包括：包括點(diǎn)火室3、電嘴1、密封圈2和螺母15；

4、電嘴1通過(guò)螺紋安裝在點(diǎn)火室3的上端中心，并采用密封圈2密封，點(diǎn)火室3與推力室噴注器的一底14之間采用螺母15固定，點(diǎn)火室3與推力室噴注器的二底10、三底4之間焊接連接；

5、一底14和二底10之間為噴注器燃料腔12，二底10和三底4之間為噴注器氧化劑腔8；

6、點(diǎn)火室3中設(shè)置有點(diǎn)火室燃料噴嘴5、點(diǎn)火室燃料噴嘴流道7、點(diǎn)火室燃料噴嘴進(jìn)口9、點(diǎn)火室排放冷卻入口11、點(diǎn)火室排放冷卻環(huán)縫13和點(diǎn)火室氧化劑噴嘴17，點(diǎn)火室3中心沿軸向設(shè)置有點(diǎn)火室中心燃燒腔6；

7、燃料從噴注器燃料腔12，經(jīng)過(guò)點(diǎn)火室燃料噴嘴進(jìn)口9、點(diǎn)火室燃料噴嘴流道7、點(diǎn)火室燃料噴嘴5噴入點(diǎn)火室中心燃燒腔6；氧化劑沿噴注器氧化劑腔8和點(diǎn)火室氧化劑噴嘴17噴入點(diǎn)火室中心燃燒腔6；氧化劑和燃料在點(diǎn)火室中心燃燒腔6內(nèi)霧化、摻混，并被上方的電嘴1點(diǎn)燃，形成高溫富氧燃?xì)庀螯c(diǎn)火室下游排出；

8、燃料從噴注器燃料腔12，經(jīng)過(guò)徑向設(shè)置的點(diǎn)火室排放冷卻進(jìn)口11進(jìn)入點(diǎn)火室排放冷卻環(huán)縫13，對(duì)點(diǎn)火室內(nèi)壁進(jìn)行冷卻，此部分燃料在點(diǎn)火室出口縮進(jìn)區(qū)域16與點(diǎn)火室中心高溫富氧燃?xì)庀嘤?，進(jìn)行補(bǔ)燃，提高點(diǎn)火能量。

9、進(jìn)一步的，點(diǎn)火室排放冷卻入口11設(shè)置n1層，每層的點(diǎn)火室排放冷卻入口11數(shù)量為n2個(gè)，層與層之間的點(diǎn)火室排放冷卻入口11成360/n1/n2度夾角。

10、進(jìn)一步的，點(diǎn)火室排放冷卻入口11的總面積不低于冷卻環(huán)縫面積的2倍；

11、點(diǎn)火室排放冷卻入口11的總面積是指所有點(diǎn)火室排放冷卻入口11的橫截面面積之和；冷卻環(huán)縫面積是指冷卻環(huán)縫的橫截面面積。

12、進(jìn)一步的，

13、點(diǎn)火室燃料噴嘴5和點(diǎn)火室氧化劑噴嘴17均為直流式噴嘴，點(diǎn)火室燃料噴嘴5以及氧化劑噴嘴17均為兩個(gè)，點(diǎn)火室燃料噴嘴5構(gòu)成的平面和點(diǎn)火室氧化劑噴嘴17構(gòu)成的平面相互垂直，兩個(gè)點(diǎn)火室燃料噴嘴5之間的夾角為a，燃料噴嘴交點(diǎn)與電嘴端面距離為d1；兩個(gè)氧化劑噴嘴17之間的夾角為b，氧化劑噴嘴交點(diǎn)與電嘴端面距離為d2。

14、進(jìn)一步的，夾角a取值范圍90°～150°，夾角b取值范圍90°～150°，且a≤b≤a+20°,0.3d≤d1＝d2≤d，d是點(diǎn)火室中心燃料腔6的直徑。

15、進(jìn)一步的，氧化劑和燃料噴射進(jìn)入點(diǎn)火室中心燃料腔6后，相互撞擊與空間一點(diǎn)。

16、進(jìn)一步的，點(diǎn)火室出口縮進(jìn)區(qū)域16的長(zhǎng)度l取值范圍為：0.5d≤l≤1.5d。

17、進(jìn)一步的，點(diǎn)火室3采用3d打印一體成型，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火介質(zhì)的分配、火炬燃燒。

18、進(jìn)一步的，點(diǎn)火室3加工完成后進(jìn)行獨(dú)立的氣液流篩選檢查，然后與噴注器二底、三底焊接，與一底之間采用螺母連接，成為噴注器的一部分，既用于點(diǎn)火器的點(diǎn)火，又作為噴注器中心的導(dǎo)火管。

19、進(jìn)一步的，點(diǎn)火室燃料噴嘴流量通過(guò)點(diǎn)火室燃料噴嘴(5)孔尺寸控制，點(diǎn)火室排放冷卻流量通過(guò)冷卻環(huán)縫大小控制。

20、進(jìn)一步的，推力室點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，

21、推力室氧化劑閥門先打開，氧化劑流入噴注器氧化劑腔以及經(jīng)點(diǎn)火室氧噴嘴進(jìn)入點(diǎn)火室中心燃燒腔內(nèi)；

22、點(diǎn)火電嘴開始通電發(fā)火；

23、推力室燃料閥門打開，燃料進(jìn)入噴注器燃料腔以及經(jīng)點(diǎn)火室燃料噴嘴進(jìn)入點(diǎn)火室中心燃燒腔，與點(diǎn)火室中心燃燒腔內(nèi)氧化劑摻混形成可燃混合物；

24、可燃混合物被電嘴發(fā)出的火花點(diǎn)燃形成富氧火焰，在點(diǎn)火室出口與排放冷卻的燃料補(bǔ)燃，提高火炬點(diǎn)火能量，火炬噴入推力室內(nèi)腔將推力室點(diǎn)燃。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

26、(1)本發(fā)明火炬式電點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)集成在噴注器中，點(diǎn)火介質(zhì)直接來(lái)源于噴注器的燃料腔和氧化劑腔，無(wú)需點(diǎn)火管路和點(diǎn)火閥門，大大簡(jiǎn)化點(diǎn)火系統(tǒng)，減輕了系統(tǒng)重量；

27、(2)本發(fā)明點(diǎn)火室采用3d打印生產(chǎn)，直接將點(diǎn)火室噴嘴、點(diǎn)火室燃料流道以及排放冷卻結(jié)構(gòu)等一體化打印，僅僅只有一個(gè)零件，與傳統(tǒng)的火炬式電點(diǎn)火器方案中的多零件焊接方案相比，點(diǎn)火室結(jié)構(gòu)得到精簡(jiǎn)；點(diǎn)火室生產(chǎn)完成后單獨(dú)進(jìn)行氣液流試驗(yàn)進(jìn)行檢查篩選，有利于保證點(diǎn)火器的產(chǎn)品批量生產(chǎn)和控制點(diǎn)火器生產(chǎn)質(zhì)量。

28、(3)本發(fā)明點(diǎn)火器燃料分為兩路，一路經(jīng)點(diǎn)火器燃料噴嘴進(jìn)入點(diǎn)火室中心燃燒，另一路通過(guò)徑向孔進(jìn)入點(diǎn)火器排放冷卻環(huán)縫對(duì)點(diǎn)火室內(nèi)壁進(jìn)行冷卻，兩路流量通過(guò)噴嘴尺寸和環(huán)縫尺寸獨(dú)立控制，有利于點(diǎn)火器工況參數(shù)的精準(zhǔn)控制；

29、(4)本發(fā)明點(diǎn)火器采用中心富氧燃燒，因?yàn)槿剂显诟谎醴秶目扇歼吔绫雀蝗挤秶獙?，因此點(diǎn)火器采用中心富氧燃燒方式提高了點(diǎn)火器對(duì)點(diǎn)火工況變化的適應(yīng)性，允許點(diǎn)火器入口條件在一定范圍變化，保證了點(diǎn)火器的點(diǎn)火可靠性。

30、(5)本發(fā)明點(diǎn)火器采用直流互擊式噴嘴，有利于氧化劑和燃料的霧化、摻混。

31、(6)本發(fā)明點(diǎn)火器采用排放冷卻，提高了點(diǎn)火器在點(diǎn)火和主級(jí)工況下的結(jié)構(gòu)熱防護(hù)能力，出口區(qū)域的縮進(jìn)促使了富氧燃?xì)馀c排放冷卻燃料的補(bǔ)燃，提高了點(diǎn)火能量。

技術(shù)特征：

1.一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于包括：包括點(diǎn)火室(3)、電嘴(1)、密封圈(2)和螺母(15)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：點(diǎn)火室排放冷卻入口(11)設(shè)置n1層，每層的點(diǎn)火室排放冷卻入口(11)數(shù)量為n2個(gè)，層與層之間的點(diǎn)火室排放冷卻入口(11)成360/n1/n2度夾角。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：點(diǎn)火室排放冷卻入口(11)的總面積不低于冷卻環(huán)縫面積的2倍；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：夾角a取值范圍90°～150°，夾角b取值范圍90°～150°，且a≤b≤a+20°,0.3d≤d1＝d2≤d，d是點(diǎn)火室中心燃料腔(6)的直徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：氧化劑和燃料噴射進(jìn)入點(diǎn)火室中心燃料腔(6)后，相互撞擊于空間一點(diǎn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：點(diǎn)火室出口縮進(jìn)區(qū)域(16)的長(zhǎng)度l取值范圍為：0.5d≤l≤1.5d。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：點(diǎn)火室(3)采用3d打印一體成型，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火介質(zhì)的分配、火炬燃燒。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：點(diǎn)火室(3)加工完成后進(jìn)行獨(dú)立的氣液流篩選檢查，然后與噴注器二底、三底焊接，與一底之間采用螺母連接，成為噴注器的一部分，既用于點(diǎn)火器的點(diǎn)火，又作為噴注器中心的導(dǎo)火管。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：點(diǎn)火室燃料噴嘴流量通過(guò)點(diǎn)火室燃料噴嘴(5)孔尺寸控制，點(diǎn)火室排放冷卻流量通過(guò)冷卻環(huán)縫大小控制。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，其特征在于：推力室點(diǎn)火起動(dòng)時(shí)，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種集成在推力室噴注器上的火炬式電點(diǎn)火器，包括點(diǎn)火室、電嘴、密封圈和螺母。本發(fā)明將火炬點(diǎn)火器與噴注器進(jìn)行一體化集成設(shè)計(jì)，點(diǎn)火介質(zhì)直接來(lái)源自于推力室噴注器氧化劑腔和燃料腔，取消點(diǎn)火閥門和點(diǎn)火管路，簡(jiǎn)化點(diǎn)火系統(tǒng)和減輕重量。本發(fā)明點(diǎn)火器燃料分為兩路，一路經(jīng)點(diǎn)火器燃料噴嘴進(jìn)入點(diǎn)火室中心燃燒，另一路通過(guò)徑向孔進(jìn)入點(diǎn)火器排放冷卻環(huán)縫對(duì)點(diǎn)火室內(nèi)壁進(jìn)行冷卻，兩路流量通過(guò)噴嘴尺寸和環(huán)縫尺寸獨(dú)立控制，有利于點(diǎn)火器工況參數(shù)的精準(zhǔn)控制。采用排放冷卻提高了點(diǎn)火器在點(diǎn)火和主級(jí)工況下的結(jié)構(gòu)熱防護(hù)能力，出口區(qū)域的縮進(jìn)促使了富氧燃?xì)馀c排放冷卻燃料的補(bǔ)燃，提高了點(diǎn)火能量。

技術(shù)研發(fā)人員：王朝暉,王希杰,曾鼎,馬志瑜,楊進(jìn)慧,杜寧,王仙,楊繼東,謝恒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航天動(dòng)力研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26