[发明专利]适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器

说明书

适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器，涉及高粘液体推进剂气助雾化设计领域；包括针栓喷头、混合腔上盖板、整流器、中心杆内管、中心杆外管、外环盖板、喷注器壳体、液体推进剂接头、雾化气接头和n个气体推进剂接头；针栓喷头安装在喷注器壳体的底端；整流器固定安装在针栓喷头的顶部；混合腔上盖板设置在整流器与针栓喷头的连接处；中心杆内管和中心杆外管同轴固定安装在整流器的顶端；雾化气接头固定安装在中心杆内管的轴向顶端；液体推进剂接头设置在中心杆外管的侧壁处；外环盖板固定安装在喷注器壳体的底部；n个气体推进剂接头沿周向均匀分布；本发明组合了内混式结构，通过两级雾化实现高粘液体推进剂的高效雾化燃烧。

技术领域

本发明涉及一种高粘液体推进剂气助雾化设计领域，特别是适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器。

背景技术

针栓喷注器是变推力液体火箭发动机的核心部件。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、火星探测发动机对于针栓喷注器都有确定的需求。

目前，火星探测发动机大多采用自燃推进剂组合，没有充分利用火星资源。火星大气主要是由二氧化碳组成，昼夜温差大，环境条件极其苛刻，对推进系统提出了挑战。常规化学推进系统需要携带大量的推进剂，远距离星际航行时降低了用于火星探测的有效载荷，此外苛刻的环境也会影响发动机工作可靠性，亟需开发可以利用火星二氧化碳资源的针栓发动机。

在常规的针栓式发动机中，喷注器采用一级液液撞击式结构，可以适用于低粘度的自燃推进剂、液氧/烃推进剂的雾化混合燃烧，但是对于高粘度的凝胶推进剂雾化效果很差，导致其发动机燃烧效率过低，达不到应用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器，在普通针栓喷注器结构的基础上，组合了内混式结构，通过两级雾化实现高粘液体推进剂的高效雾化燃烧。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器，包括针栓喷头、混合腔上盖板、整流器、中心杆内管、中心杆外管、外环盖板、喷注器壳体、液体推进剂接头、雾化气接头和n个气体推进剂接头；其中，喷注器壳体为柱状壳体结构；针栓喷头轴向竖直固定安装在喷注器壳体的底端中部；整流器轴向竖直固定安装在针栓喷头的顶部；混合腔上盖板水平设置在整流器与针栓喷头的连接处；中心杆内管和中心杆外管同轴固定安装在整流器的顶端；中心杆外管套装在中心杆内管的外侧；且中心杆内管和中心杆外管的轴向顶端伸出喷注器壳体；雾化气接头固定安装在中心杆内管的轴向顶端；液体推进剂接头水平设置在中心杆外管轴向顶端的侧壁处；外环盖板为环状结构；外环盖板固定安装在喷注器壳体的底部；n个气体推进剂接头沿周向均匀设置在喷注器壳体的外壁；且n个气体推进剂接头与喷注器壳体的中空腔体连通；n为正整数。

在上述的适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器，所述的1≤n≤4。

在上述的适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器，所述两级雾化针栓喷注器的工作过程为：

外部液体推进剂从液体推进剂接头进入，依次经中心杆外管和中心杆内管的环形通道、流过整流器、混合腔上盖板进入针栓喷头；外部雾化气从雾化气接头进入，依次经中心杆内管、整流器、混合腔上盖板进入针栓喷头；外部液体推进剂和外部雾化气在针栓喷头内部混合均匀并从针栓喷头的侧壁喷出，形成第一次雾化；

外部气体推进剂从n个气体推进剂接头进入，依次经喷注器壳体内中空腔体、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；外部气体推进剂与第一次雾化后的液体推进剂再次撞击实现第二次雾化。

在上述的适用于高粘液体的两级雾化针栓喷注器，所述针栓喷头轴向底端的侧壁沿周向均匀设置m个气液喷注孔，m为正整数，且2≤m≤16；气液喷注孔的直径为1.5-5mm。