一种变推力可调混合比的针栓式喷注器

本发明涉及喷注器领域，具体为一种变推力可调混合比的针栓式喷注器。

背景技术：

1、液体火箭发动机是航天器常用的动力部件之一，一般由推力室、推进剂供应系统和发动机控制系统三部分组成。液体火箭发动机采用液态燃料作为推进剂，喷注器是将液态工质喷入推力室的组件，对推进剂的雾化、燃烧及发动机的推进性能有重要影响。

2、变推力液体火箭发动机通过改变推进剂流量调节推力。针栓式喷注器通过调节喷注面积来改变推进剂流量，从而调节推力，具有结构简单、成本低等优势，近年来受到广泛关注。

3、现有的针栓式喷注器大多是通过调节针栓开度来调节一种推进剂的喷注面积，从而改变流量，但无法改变另一种推进剂的流量；或者同时改变两种推进剂的流量，但无法灵活调节两种推进剂的混合比。因此，现有的针栓式喷注器大多难以在大范围内灵活调节两种推进剂的流量和混合比，一旦针栓异常工作，易导致推力不稳定，使得火箭发动机推进性能下降。针对上述问题，本发明提出一种变推力可调混合比的针栓式喷注器。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、针对现有针栓式喷注器难以在大范围内灵活调节推进剂流量和混合比的问题，本发明提供一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，通过使用两组针栓分别调节燃料和氧化剂喷注面积的大小，来调节燃料和氧化剂的流量和混合比，从而灵活调节变推力液体火箭发动机的推力。

3、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，包括中间壳体、外壳体、外针栓、顶帽和内针栓。所述中间壳体、外壳体、外针栓、顶帽和内针栓为回转体，其中心轴线重合。

5、所述中间壳体侧面开有燃料注入口，上侧开有轴向的螺纹通孔，中间壳体与外壳体通过螺栓密封连接。

6、所述外壳体上侧开有螺纹孔，侧面开有氧化剂注入口和作动液a注入口。

7、所述外针栓位于外壳体和中间壳体之间，分隔氧化剂和作动液a。

8、所述顶帽开有作动液b注入口，顶帽与中间壳体通过螺栓密封连接。

9、所述内针栓位于喷注器中间，上侧凸台分隔燃料与作动液b。

10、外针栓、外壳体和中间壳体共同构成作动液a储腔，中间壳体、内针栓和顶帽共同构成作动液b储腔。外针栓和外壳体共同构成氧化剂流道，氧化剂流道采用渐缩出口，构成轴向环形氧化剂喷嘴；中间壳体和内针栓共同构成燃料流道，出口处构成径向环形燃料喷嘴。

11、氧化剂从氧化剂注入口流入氧化剂流道，从轴向环形氧化剂喷嘴喷入燃烧室；燃料从燃料注入口流入燃料流道，从径向环形燃料喷嘴喷入燃烧室；作动液a从作动液a注入口流入作动液a储腔，作动液b从作动液b注入口流入作动液b储腔。

12、当作动液a储腔内压力不等于氧化剂流道内压力，外针栓会在压力差的作用下轴向移动，导致轴向环形氧化剂喷嘴喷注面积改变，使得氧化剂流量改变。

13、当作动液b储腔内压力不等于燃料流道内压力，内针栓会在压力差的作用下轴向移动，导致径向环形燃料喷嘴喷注面积改变，使得燃料流量改变。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、所述的外针栓和外壳体构成轴向环形氧化剂喷嘴，中间壳体和内针栓构成径向环形燃料喷嘴，氧化剂和燃料通过不同方向的喷嘴喷入燃烧室进行碰撞、雾化、蒸发、混合和燃烧。

16、所述的外针栓在作动液a和氧化剂之间的压力差作用下，实现轴向位置的改变，进而实现氧化剂喷嘴喷注面积的调节；所述的内针栓在作动液b和燃料之间的压力差作用下，实现轴向位置的改变，进而实现燃料喷嘴喷注面积的调节。

17、所述的喷注器通过调节内针栓轴向位置调节燃料喷嘴的喷注面积，通过调节外针栓轴向位置调节氧化剂喷嘴的喷注面积，从而调节氧化剂和燃料各自的流量，进而实现混合比和火箭推力的实时调控，而且本发明所述喷注器结构简单。

技术特征：

1.一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，包括中间壳体、外壳体、顶帽、内针栓、外针栓，其特征在于，通过分别调节内针栓和外针栓的轴向位置，来调节氧化剂和燃料各自的流量，进而实现混合比和火箭推力的实时调控。

2.根据权利要求1所述的一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，其特征在于，包括：

3.根据权利要求1所述的一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，其特征在于，作动液b经作动液b注入口进入作动液b储腔并提供压力；燃料经燃料注入口进入并充满燃料流道，经径向环形燃料喷嘴喷入燃烧室；作动液a经作动液a注入口进入作动液a储腔并提供压力；氧化剂经氧化剂注入口进入并充满氧化剂流道，经轴向环形氧化剂喷嘴喷入燃烧室；最终，经轴向环形氧化剂喷嘴沿轴向喷出的氧化剂与经径向环形燃料喷嘴沿径向喷出的燃料碰撞后发生雾化、掺混，并发生反应，产生高温高压燃气并喷出燃烧室，为航天器提供动力。

4.根据权利要求1所述的一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，其特征在于，内针栓在作动液b和燃料之间的压力差作用下，其轴向位置发生改变，进而调节燃料喷嘴开孔面积；当作动液b储腔内压力大于燃料流道内压力，内针栓会在压力差的作用下向下移动，使得径向环形燃料喷嘴喷注面积增大，燃料流量增大；当作动液b储腔内压力小于燃料流道内压力，内针栓会在压力差的作用下向上移动，使得径向环形燃料喷嘴喷注面积减小，燃料流量减小。

5.根据权利要求1所述的一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，其特征在于，外针栓在作动液a和氧化剂之间的压力差作用下，其轴向位置发生改变，进而调节氧化剂喷嘴开孔面积；当作动液a储腔内压力大于氧化剂流道内压力，外针栓会在压力差的作用下向下移动，使得轴向环形氧化剂喷嘴喷注面积减小，氧化剂流量减小；当作动液a储腔内压力小于氧化剂流道内压力，外针栓会在压力差的作用下向上移动，使得轴向环形氧化剂喷嘴喷注面积增大，氧化剂流量增大。

技术总结本发明公开一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，属于喷注器技术领域。喷注器包括内针栓、中间壳体、外针栓、外壳体和顶帽。本发明改进了多数现有的针栓式喷注器的单向喷注调节功能，提出了利用两组针栓分别调节氧化剂和燃料喷嘴开孔面积的一种变推力可调混合比的针栓式喷注器，可根据作动液压力对推进剂混合比及流量进行灵活方便、大幅度调整，从而提升火箭性能。技术研发人员：范玮,任利时,王之声受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18