一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構及其裝配方法
【專利摘要】本發明涉及一種單組元催化分解推力器的噴注結構及其裝配方法，該噴注結構包括錐形槽體、錐形堵頭、連接螺釘和調整墊片。首先采用連接螺釘將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片連接固定，形成噴注單元；其次，采用專用設備對此噴注單元進行流量?壓降性能測試，測試預定流量下的實際壓降，并通過實際壓降與預定指標進行比對及對調整墊片總厚度的調整，達到實際壓降滿足預定的壓降控制指標要求；最后，采用真空電子束焊將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片連接固定，并將連接螺釘拆除。本發明的噴注結構具備較好的噴注均勻性、可有效減少流通通道，提高噴注器可靠性，并提高工程效率。
【專利說明】
一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構及其裝配方法
技術領域
[0001]本發明屬于液體火箭發動機的單組元催化分解推力器領域，特別涉及一種具有較好噴注均勻性的噴注結構。
【背景技術】
[0002]單組元催化分解推力器是液體火箭發動機的一種，廣泛應用于衛星、導彈、上面級等航天器中。單組元催化分解推力器一般由電磁閥、噴注器、催化床和噴管組成，催化床內裝填有顆粒狀的催化劑，當推力器工作時，電磁閥打開，噴注器將來流較為集中的推進劑進行分散，并維持一定的流量-壓降對應關系，分散狀態的推進劑與催化劑進行接觸，在催化劑的催化作用下，推進劑發生化學分解及燃燒，并釋放化學能，所產生的高溫高壓燃氣通過噴管加速排出，從而形成推力。
[0003]對于單組元催化分解推力器，噴注器對推進劑的分散程度(統稱“噴注均勻性”)越好，推進劑的催化反應便越平穩、越均勻，響應速度越快，推力器內部與推進劑最先接觸的催化劑面積越大，催化劑局部負載(統稱“局部床載”)更低，可延長催化劑的使用壽命。因此，在單組元催化分解推力器的設計中，具備較好的噴注均勻性，降低局部床載，是噴注器設計的基本要求之一。
[0004]傳統的單組元催化分解推力器一般采用多根毛細管的噴注器，毛細管的射流形式為點狀射流，這使得單只毛細管噴出的推進劑所接觸的催化劑面積與毛細管內徑面積基本相當。因此，對于傳統的毛細管噴注器，要想獲得更好的噴注均勻性及更低的局部床載，需要提高毛細管的數量，該種方式存在以下兩點不足:
[0005](I)較多的毛細管雖然在設計上實現了提升噴注均勻性和降低局部床載的目標，但是其忽略了工藝實現的復雜性。例如，單組元某型20N推力器采用9只毛細管的噴注器，若在設計200N推力器時同樣選取毛細管型噴注器，為達到與某型20N推力器相同的噴注均勻性，則需采用90只相同的毛細管。對于90只毛細管的噴注器，其裝配難度將大大提升，工藝實現極其復雜。
[0006](2)噴注器內的每一根毛細管均是一支獨立的流通通道。采用的毛細管數量越多，噴注器內獨立的流通通道越多。當任意一支流通通道出現泄漏失效時，整臺噴注器便也失效。因此，噴注器的毛細管數量越多，其可靠性越低。
[0007]上述兩點不足在小推力量級的單組元催化分解推力器中表現尚不明顯，但是，隨著推力量級的提升，推進劑流量的增大，毛細管型噴注器的不足便越來越顯著。因此，提出一種噴注結構，具備較好的噴注均勻性的同時，可有效減少流通通道。
【發明內容】
[0008]本發明解決的技術問題是:克服以上不足，提供了一種具備較好的噴注均勻性、可有效減少流通通道、應用于單組元催化分解推力器的噴注結構及其裝配方法。
[0009]本發明的技術解決方案是:一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，包括錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片;錐形槽體為流通管道、錐形槽和連接槽的組合體，錐形堵頭為錐形凸臺和連接凸臺的組合體，連接凸臺外緣處設有用于穿過連接螺釘用的光孔，連接凸臺內緣與錐形凸臺大端銜接處設置噴流縫隙出口 ；調整墊片為片狀結構，中間有用于穿過錐形堵頭錐形凸臺的光孔，邊緣有用于穿過連接螺釘用的光孔；調整墊片安裝于錐形槽體與錐形堵頭之間，其中錐形堵頭的連接凸臺置于錐形槽體的連接槽內，同時錐形堵頭的錐形凸臺穿過調整墊片的光孔，置于錐形槽體的錐形槽內，通過調整墊片使得錐形槽體的錐形槽與錐形堵頭的錐形凸臺之間的間隙可調;根據預定的噴注流量要求將上述間隙調整到位后，采用真空電子束焊將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片在錐形槽體的連接槽外緣處進行焊接連接。
[0010]所述的錐形堵頭的錐形凸臺和錐形槽體的錐形槽為圓錐形或多棱錐形。
[0011]所述的錐形堵頭的錐形凸臺和錐形槽體的錐形槽頂為平頂、尖頂或球頂。
[0012]所述的錐形堵頭的錐形凸臺和錐形槽體的錐形槽的傾斜方式為不變角度、連續變角度或階梯變角度。
[0013]所述的錐形槽體錐形槽與錐形堵頭錐形凸臺配合形成的噴流縫隙出口尺寸及出口傾斜角度的選取根據噴注結構的下游應用空間決定，即在催化床前床內，噴流不能撞擊到催化床前床的內壁面。
[0014]所述的調整墊片具有不同厚度規格，外形為圓形或多邊形。
[0015]錐形槽體的連接槽外緣處設有連接螺釘的螺紋孔、該螺紋孔與錐形堵頭邊緣的光孔及調整墊片邊緣的光孔可對齊。
[0016]—種用于單組元催化分解推力器的噴注結構的裝配方法，步驟如下:
[0017](I)將調整墊片安裝于錐形槽體與錐形堵頭之間，其中錐形堵頭的連接凸臺置于錐形槽體的連接槽內，同時錐形堵頭的錐形凸臺穿過調整墊片的中心光孔，置于錐形槽體的錐形槽內；
[0018](2)調整錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片的相對位置，使得錐形槽體的螺紋孔與錐形堵頭及調整墊片外緣處的光孔對齊；
[0019](3)采用連接螺釘穿過錐形堵頭及調整墊片外緣處的光孔，與錐形槽體的螺紋孔連接，將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片連接固定，形成噴注單元；
[0020](4)對噴注單元進行流量壓降性能測試，測試預定流量下的實際壓降，將測試結果與預定的壓降控制指標進行對比，通過調整墊片選用的數量及厚度，將錐形槽體的錐形槽與錐形堵頭的錐形凸臺之間的間隙調整至合適尺度，使得實際壓降滿足預定的壓降控制指標；
[0021](5)采用真空電子束焊將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片在錐形槽體的連接槽外緣處進行焊接連接；
[0022](6)將連接螺釘拆除。
[0023]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0024](I)通過采用錐形槽體和錐形堵頭配合的形式，推進劑穿過錐形槽體和錐形堵頭之間的縫隙而斜向噴出，可以形成線狀射流線。這比傳統的單只毛細管的點狀射流具備更好的噴注均勻性。并且，縫隙出口尺寸越大，噴注均勻性越好；
[0025](2)正是由于對比毛細管方式，本發明的噴注結構具有更好的噴注均勻性，其噴出的推進劑所接觸的催化劑面積得到極大的提升。因此，可將多只毛細管的噴注任務交由一個單元的新型噴注結構實現。一個單元的新型噴注單元只有一支流通通道，這便具備了減少流通通道的功能，提高噴注器的可靠性；
[0026](3)單組元催化分解推力器的噴注器都要具備流量-壓降控制能力，毛細管型噴注器所采用的機理是小孔節流，依靠篩選毛細管內流道尺寸，來達到預定的流量-壓降控制指標。從工程實踐中發現，由于毛細管內流道尺寸一致性不佳，導致實際工程中需要對毛細管進行大量的篩選試驗，合格率較低，需淘汰大量的毛細管，存在試驗資源、物資資源的極大浪費。而新型噴注結構采用縫隙節流的方式，通過調整圓錐形槽和圓錐形堵頭之間的縫隙的大小來達到預定的流量-壓降控制指標。該縫隙在工程實踐中可實現人為調節。因此，工程效率得以提升，資源浪費問題得以解決。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明的噴注結構剖面圖；
[0028]圖2為本發明噴注結構中錐形槽體剖面圖及示意圖；
[0029]圖3為本發明噴注結構中錐形堵頭剖面圖及示意圖；
[0030]圖4為本發明噴注結構中調整墊片剖面圖及示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0032]本發明的噴注結構如圖1所示，包括錐形槽體1、錐形堵頭2、連接螺釘3和調整墊片
4。其中，如圖2所示，錐形槽體I為錐形槽、連接槽和流通管道的組合體，連接槽外緣處設有連接螺釘3的螺紋孔;如圖3所示，錐形堵頭2為錐形凸臺和連接凸臺的組合體，連接凸臺外緣處設有用于穿過連接螺釘3用的光孔，連接凸臺內緣與錐形凸臺大端銜接處設置噴流縫隙出口；連接螺釘3為普通螺釘;如圖4所示，調整墊片4為片狀結構，具有不同厚度規格，中間有用于穿過錐形堵頭2錐形凸臺的光孔，邊緣有用于穿過連接螺釘3用的光孔，外形為圓形或多邊形。將調整墊片4安裝于錐形槽體I與錐形堵頭2之間，其中錐形堵頭2的連接凸臺置于錐形槽體I的連接槽內，同時錐形堵頭2的錐形凸臺穿過調整墊片4的中心光孔，置于錐形槽體I的錐形槽內，通過調整墊片4選用的數量及厚度，錐形槽體I的錐形槽與錐形堵頭2的錐形凸臺之間的間隙具備可調能力。
[0033]調整墊片4置于錐形槽體和錐形堵頭連接面中間，使得錐形槽體和錐形堵頭之間形成縫隙，推進劑從縫隙中流過，在上述噴流縫隙出口處形成線狀射流。并且，通過控制調整墊片的數量和厚度，以實現對錐形槽體和錐形堵頭縫隙大小的調節，從而滿足一定的流量-壓降對應關系。
[0034]調整錐形槽體1、錐形堵頭2和調整墊片4的相對位置，使得錐形槽體I的螺紋孔與錐形堵頭2及調整墊片4外緣處的光孔對齊，采用連接螺釘3穿過錐形堵頭2及調整墊片4外緣處的光孔，與錐形槽體I的螺紋孔連接，將錐形槽體1、錐形堵頭2和調整墊片4連接固定。采用真空電子束焊將錐形槽體1、錐形堵頭2和調整墊片4在錐形槽體I的連接槽外緣處進行焊接連接，焊接結束后將連接螺釘3拆除。
[0035]錐形堵頭2的錐形凸臺和錐形槽體I的錐形槽為圓錐形或多棱錐形;錐形堵頭2的錐形凸臺和錐形槽體I的錐形槽頂為平頂、尖頂或球頂;錐形堵頭2的錐形凸臺和錐形槽體I的錐形槽的傾斜方式為不變角度、連續變角度或階梯變角度。
[0036]錐形槽體I錐形槽與錐形堵頭2錐形凸臺配合形成的噴流縫隙出口尺寸及出口傾斜角度的選取根據噴注結構的下游應用空間決定，即在催化床前床內，噴流不能撞擊到催化床前床的內壁面。
[0037]當噴注結構的設計對重量不敏感時，錐形噴流縫隙在流向方向的尺寸不受限制，錐形堵頭2的錐形凸臺和錐形槽體I的錐形槽的傾斜方式則選取為不變角度；當噴注結構的設計要求重量較輕時，錐形噴流縫隙在流向方向的尺寸則較小，為保證錐形噴流縫隙出口尺寸及出口傾斜角度，錐形堵頭2的錐形凸臺和錐形槽體I的錐形槽的傾斜方式則選取為連續變角度或階梯變角度。
[0038]本發明噴注結構的裝配步驟如下:
[0039](I)將調整墊片4安裝于錐形槽體I與錐形堵頭2之間，其中錐形堵頭2的連接凸臺置于錐形槽體I的連接槽內，同時錐形堵頭2的錐形凸臺穿過調整墊片4的中心光孔，置于錐形槽體I的錐形槽內；
[0040](2)調整錐形槽體1、錐形堵頭2和調整墊片4的相對位置，使得錐形槽體I的螺紋孔與錐形堵頭2及調整墊片4外緣處的光孔對齊；
[0041](3)采用連接螺釘3穿過錐形堵頭2及調整墊片4外緣處的光孔，與錐形槽體I的螺紋孔連接，將錐形槽體1、錐形堵頭2和調整墊片4連接固定，形成噴注單元。
[0042](4)對此噴注單元進行流量-壓降性能測試，測試預定流量下的實際壓降，將測試結果與預定的流量-壓降控制指標進行對比；
[0043]若上述測試的實際壓降大于預定的壓降控制指標，則通過增大調整墊片4的總厚度，來增加錐形槽體I和錐形堵頭2之間的縫隙寬度，重復進行上述測試，當實際壓降滿足預定的壓降控制指標要求后，轉入下一步;若上述測試的實際壓降小于預定的壓降控制指標，則通過減小調整墊片4的總厚度，來降低錐形槽體I和錐形堵頭2之間的縫隙寬度，重復進行測試，當實際壓降滿足預定的壓降控制指標要求后，轉入下一步;若上述測試的實際壓降滿足預定的壓降控制指標要求，直接進入下一步；
[0044](5)采用真空電子束焊方式，將錐形槽體1、錐形堵頭2和調整墊片4連接固定；
[0045](6)將連接螺釘3拆除。
[0046]以上所述，僅為本發明最佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
[0047]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【主權項】
1.一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于包括錐形槽體(I)、錐形堵頭(2)和調整墊片(4);錐形槽體(I)為流通管道、錐形槽和連接槽的組合體，錐形堵頭(2)為錐形凸臺和連接凸臺的組合體，連接凸臺外緣處設有用于穿過連接螺釘(3)用的光孔，連接凸臺內緣與錐形凸臺大端銜接處設置噴流縫隙出口；調整墊片(4)為片狀結構，中間有用于穿過錐形堵頭(2)錐形凸臺的光孔，邊緣有用于穿過連接螺釘(3)用的光孔;調整墊片(4)安裝于錐形槽體(I)與錐形堵頭(2)之間，其中錐形堵頭(2)的連接凸臺置于錐形槽體(I)的連接槽內，同時錐形堵頭(2)的錐形凸臺穿過調整墊片(4)的光孔，置于錐形槽體(I)的錐形槽內，通過調整墊片(4)使得錐形槽體(I)的錐形槽與錐形堵頭(2)的錐形凸臺之間的間隙可調;根據預定的噴注流量要求將上述間隙調整到位后，采用真空電子束焊將錐形槽體(I)、錐形堵頭(2)和調整墊片(4)在錐形槽體(I)的連接槽外緣處進行焊接連接。2.根據權利要求1所述的一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于:所述的錐形堵頭(2)的錐形凸臺和錐形槽體(I)的錐形槽為圓錐形或多棱錐形。3.根據權利要求1或2所述的一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于:所述的錐形堵頭(2的錐形凸臺和錐形槽體(I)的錐形槽頂為平頂、尖頂或球頂。4.根據權利要求1或2所述的一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于:所述的錐形堵頭(2)的錐形凸臺和錐形槽體(I)的錐形槽的傾斜方式為不變角度、連續變角度或階梯變角度。5.根據權利要求1或2所述的一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于:所述的錐形槽體(I)錐形槽與錐形堵頭(2)錐形凸臺配合形成的噴流縫隙出口尺寸及出口傾斜角度的選取根據噴注結構的下游應用空間決定，即在催化床前床內，噴流不能撞擊到催化床前床的內壁面。6.根據權利要求1或2所述的一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于:所述的調整墊片(4)具有不同厚度規格，外形為圓形或多邊形。7.根據權利要求1或2所述的一種用于單組元催化分解推力器的噴注結構，其特征在于:錐形槽體(I)的連接槽外緣處設有連接螺釘(3)的螺紋孔、該螺紋孔與錐形堵頭(2)邊緣的光孔及調整墊片(4)邊緣的光孔可對齊。8.—種用于單組元催化分解推力器的噴注結構的裝配方法，其特征在于步驟如下: (1)將調整墊片安裝于錐形槽體與錐形堵頭之間，其中錐形堵頭的連接凸臺置于錐形槽體的連接槽內，同時錐形堵頭的錐形凸臺穿過調整墊片的中心光孔，置于錐形槽體的錐形槽內； (2)調整錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片的相對位置，使得錐形槽體的螺紋孔與錐形堵頭及調整墊片外緣處的光孔對齊； (3)采用連接螺釘穿過錐形堵頭及調整墊片外緣處的光孔，與錐形槽體的螺紋孔連接，將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片連接固定，形成噴注單元； (4)對噴注單元進行流量壓降性能測試，測試預定流量下的實際壓降，將測試結果與預定的壓降控制指標進行對比，通過調整墊片選用的數量及厚度，將錐形槽體的錐形槽與錐形堵頭的錐形凸臺之間的間隙調整至合適尺度，使得實際壓降滿足預定的壓降控制指標； (5)采用真空電子束焊將錐形槽體、錐形堵頭和調整墊片在錐形槽體的連接槽外緣處進行焊接連接；(6)將連接螺釘拆除。
【文檔編號】F02K9/52GK105927423SQ201610248595
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】劉瀛龍, 劉旭輝, 陳君, 王夢, 付拓取, 張偉, 武勝勇, 張志偉, 楊春雷, 孫民, 王子歡, 李驥琦, 白松, 楊小菊, 楊蕊
【申請人】北京控制工程研究所