[发明专利]适用于补燃循环火箭发动机的高压燃气汇总稳定装置及方法

说明书

本发明涉及一种适用于补燃循环火箭发动机的燃气汇总稳定装置及方法，所述的装置包括三通体、弯通；所述的三通体具有两个燃气入口记为入口A、入口B以及一个混合出口；两个燃气入口的轴线平行，混合出口的轴线与燃气入口的轴线垂直；所述的弯通采取插入式结构从上述一个燃气入口A伸入，将输入的燃气方向改为平行于混合出口轴线方向。本发明具有稳定燃气、降低振动、防止燃气返腔的作用。

技术领域

本发明涉及一种适用于低温高压补燃循环液体火箭发动机的燃气汇总稳定装置。

背景技术

液体火箭发动机一般使用高温高压燃气驱动涡轮做功。涡轮出口燃气的稳定性会影响涡轮的效率与性能，进而影响发动机的性能。对于双涡轮泵的液体火箭发动机，其燃气可能需要汇总处理。

两路燃气汇总时通常使用不等径三通结构，即两个入口及一个出口。燃气汇总时存在以下特点：两路燃气的质量流量往往不一致，因此两路燃气内径也不同；两路燃气的流量、物性在不同工况下往往不同。传统的汇总三通将两路燃气直接对冲汇总，存在以下问题：燃气直接冲击，会产生较大机械振动；燃气汇总后产生涡导致流场不稳定，影响涡轮效率；高流量燃气可能会导致低流量燃气返腔。如果分别排放，对于大推力火箭发动机，排放管路设计更加复杂，克服排放推力更加困难，尤其对于补燃循环发动机的分系统及半系统试验，发动机的安装、对接状态多样，更有必要考虑燃气的汇总排放。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种适用于低温高压补燃循环液体火箭发动机的燃气汇总稳定装置及方法，具有稳定燃气、降低振动、防止燃气返腔的作用。

本发明进一步解决的问题是：本发明装置具有良好的调整性。

本发明解决技术的方案是：一种适用于补燃循环火箭发动机的高压燃气汇总稳定装置，包括三通体、弯通；所述的三通体具有两个燃气入口记为入口A、入口B以及一个混合出口；两个燃气入口的轴线平行，混合出口的轴线与燃气入口的轴线垂直；所述的弯通采取插入式结构从上述一个燃气入口B伸入，插入燃气入口A，将输入的燃气方向改为平行于混合出口轴线方向。

优选的，还包括安装在混合出口处的变径环，所述的变径环入口内径与混合出口的通径相同，变径环的出口内径小于所述的入口内径。

优选的，所述的变径环入口内径与出口内径满足如下关系：

弯通入口截面积A1与三通体入口B截面积A2之和等于变径环出口截面积A4；

三通体出口截面积A3大于弯通入口截面积A1与三通体入口B截面积A2之和。

优选的，所述弯通的内型面包括两个相互垂直且内径相同的圆柱面，两个圆柱面之间通过与圆柱面内径相同的球面连接。

优选的，所述三通体的内型面为三个圆柱面与一个球面的相交后得到型面，所述的三个圆柱面为两个燃气入口以及一个混合出口的内型面，所述的球面以燃气入口B轴线与混合出口轴线的交点为球心，直径与燃气入口B的直径相同。

优选的，所述的弯通以不同的内径制成系列化弯通。

优选的，所述的弯通入口、三通体燃气入口B均通过法兰与补燃循环火箭发动机的涡轮燃气出口连接，混合出口/变径环出口通过出口法兰与排气管连接。

优选的，所述三通体燃气入口B的面积与弯通入口面积之和等于变径环出口面积。

优选的，所述三通体燃气入口B的内径大于弯通在平行混合出口轴线方向的最大外包络圆的内径。

一种适用于补燃循环火箭发动机的高压燃气汇总稳定装置的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

根据实际试验的氧化剂涡轮泵涡轮出口尺寸，确定弯通入口尺寸，根据试验的燃料涡轮泵涡轮出口尺寸，确定三通体入口B尺寸；