一种液体火箭发动机的推力室论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及一种液体火箭发动机的推力室，包括燃烧室和喷管，其中所述燃烧室和所述喷管通过集合器连通。本实用新型的液体火箭发动机的推力室利用集合器结构代替连接管路，取消了管路组件，减少了零件数量及焊缝数量，简化了设计结构。利用集合器结构增加了燃烧室和喷管的连接强度，提高了设计可靠性。

主设计要求

1.一种液体火箭发动机的推力室，其特征在于，包括燃烧室和喷管，其中所述燃烧室和所述喷管通过集合器连通。

设计方案

1.一种液体火箭发动机的推力室，其特征在于，包括燃烧室和喷管，其中所述燃烧室和所述喷管通过集合器连通。

2.根据权利要求1所述的推力室，其特征在于，所述集合器内设置有若干通孔结构，以使所述燃烧室和所述喷管连通。

3.根据权利要求2所述的推力室，其特征在于，所述通孔结构的数量为30-360个。

4.根据权利要求2所述的推力室，其特征在于，所述通孔结构的形状为圆形。

5.根据权利要求4所述的推力室，其特征在于，所述通孔结构的直径为1-10mm。

6.根据权利要求2所述的推力室，其特征在于，所述集合器内设置有加强筋结构。

7.根据权利要求1所述的推力室，其特征在于，所述集合器与所述燃烧室、所述喷管均为焊接连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及推力室技术领域，具体涉及一种液体火箭发动机的推力室。

背景技术

液体火箭发动机(Liquid Rocket Motor)是指液体推进剂火箭发动机，即使用液态化学物质作为能源和工质的化学火箭推进系统。常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等，燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等，两者储存在不同的储箱中。液体火箭发动机工作时(以双组元泵压式液体火箭发动机为例)，推进剂和燃料分别从储箱中被挤出，经由推进剂输送管道进入推力室。推进剂通过推力室头部喷注器混合雾化，形成细小液滴，被燃烧室中的火焰加热气化并剧烈燃烧，在燃烧室中变成高温高压燃气。燃气经过喷管被加速成超声速气流向后喷出，产生作用在发动机上的推力，推动火箭前进。液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。液体火箭发动机推力室一般分为燃烧室(或称作身部)及喷管两部分，部分方案还包括喷管延伸段。通常燃烧室多采用再生冷却结构，喷管则有再生冷却结构、排放冷却结构、气膜冷却结构、辐射冷却结构或以上几种复合冷却的结构。

目前，再生冷却燃烧室和喷管之间通过集合器和连接管路进行连接，如果设置较少的连接管路，会造成流动均匀性差，且管路通径过大；如果设置较多的连接管路，虽可改善流动均匀性，缩小管路通径，但会带来管路数量及焊缝数量增多的问题，增加了结构的复杂性，增加成本，降低了可靠性。

实用新型内容

为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本实用新型提供了一种液体火箭发动机的推力室。

具体地，本实用新型一个实施例提出的一种液体火箭发动机的推力室，包括燃烧室和喷管，其中所述燃烧室和所述喷管通过集合器连通。

在本实用新型的一个实施例中，所述集合器内设置有若干通孔结构，以使所述燃烧室和所述喷管连通。

在本实用新型的一个实施例中，所述通孔结构的数量为30-360个。

在本实用新型的一个实施例中，所述通孔结构的形状为圆形。

在本实用新型的一个实施例中，所述通孔结构的直径为1-10mm。

在本实用新型的一个实施例中，所述集合器内设置有加强筋结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述集合器与所述燃烧室、所述喷管均为焊接连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型的液体火箭发动机的推力室利用集合器结构代替连接管路，取消了管路组件，减少了零件数量及焊缝数量，简化了设计结构。利用集合器结构增加了燃烧室和喷管的连接强度，提高了设计可靠性。

本实用新型实施例利用集合器内的通孔结构代替管路的作用，增大了流通面积，使得流体具有更好的流动均匀性和更低的局部流阻。

本实用新型实施例通过在集合器内部增加若干通孔结构，实现提升了由燃烧室流入喷管的流体的流动均匀性，降低了因上游(集合器)流动不均对下游(喷管)的影响。

本实用新型实施例通过在集合器内部设置的加强筋结构，提高集合器自身强度，同时使燃烧室和喷管连为一体，提升了连接强度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种传统的液体火箭发动机的推力室的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种液体火箭发动机的推力室的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

将理解的是，当元件被称作“连接”或者“结合”到另一个元件时，它可以直接连接或直接结合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或者“直接结合”到另一个元件时，不存在中间元件。相同的附图标记始终表示相同的元件。

为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，如“在…之下”、“在…下方”、“下面的”、“在…上方”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定位为“在”其他元件或特征“上方”。因而，示例术语“在…下方”可包括“在…上方”和“在…下方”两种方位。所述装置可被另外定位(旋转90度或者在其他方位)，并对在这里使用的空间相对描述语做出相应的解释。

文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

实施例一

液体火箭发动机是一种使用液态化学物质作为能源和工质的化学火箭推进系统。液体火箭发动机工作时，将推进剂输送进入推力室，推进剂通过推力室头部喷注器混合雾化，形成细小液滴，被燃烧室中的火焰加热气化并剧烈燃烧，在燃烧室中变成高温高压燃气，燃烧室产生的高温气体经过喷管被加速成超声速气流向后喷出，产生作用在发动机上的推力，推动火箭前进。

请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种传统的液体火箭发动机的推力室的结构示意图。目前，传统的再生冷却燃烧室和喷管通常采用法兰连接或者焊接连接，燃烧室和喷管的内部流道不直接连通，通常是通过集合器与管路间接连通。具体结构为燃烧室的再生冷却流道末端与燃烧室集合器连通，喷管的再生冷却流道末端与喷管集合器连通，燃烧室集合器与喷管集合器之间通过一条或多条管路连通。但是该种结构的结构复杂，可靠性较差，且其流动均匀性与管路的数量有关。本实用新型实施例根据现有的液体火箭发动机的推力室的特点，提供了一种新的液体火箭发动机的推力室。

请参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种液体火箭发动机的推力室的结构示意图。本实施例提供了一种液体火箭发动机的推力室，该推力室包括燃烧室、喷管和集合器，其中所述燃烧室和所述喷管通过集合器连通，该集合器用于将燃烧室的高温气体之间输送至喷管中。

具体地，燃烧室的再生冷却流道末端的出口处与集合器的一端连通，喷管的再生冷却流道末端的入口处与该集合器的另一端连通，从而使得燃烧室中的高温高压燃气，直接经过集合器流向喷管中，在喷管中被加速成超声速气流向后喷出。本实施例的推力室将燃烧室集合器与喷管集合器合二为一，直接通过一个共用的集合器将燃烧室和喷管的内部流道连通。减少了集合器的数量，且取消了多条连接管路。该集合器横跨燃烧室和喷管的内部流道的出口，将燃烧室和喷管自身的连接包含在集合器内部，全部连接结构只需要一个部件(集合器)即可完成。

本实用新型的液体火箭发动机的推力室利用集合器结构代替连接管路、燃烧室集合器和喷管集合器，取消了管路组件，减少了液体火箭发动机推力室的零件数量及焊缝数量，简化了设计结构。利用集合器结构增加了燃烧室和喷管的连接强度，提高了设计可靠性。

进一步地，该集合器为一种半圆形结构，且该集合器包括腔体和设置于腔体内部的流通结构，该流通结构设置于腔体的很截面上，该流通结构上设置有若干通孔结构，以使所述燃烧室和所述喷管连通，燃烧室的高温气体通过再生冷却流道末端的出口处流入集合器，高温气体流经集合器内的通孔结构经均匀性分散之后，再进入喷管中，集合器内的通孔结构的数量可以根据实际需求进行设置，可以设置成传统的推力室内的管路的若干倍，从而能够大大提高流体通过时的均匀性，极大缓解管路连接造成的管路出口集合器压力不均的现象。

优选地，所述通孔结构的数量为30-360个。

为了进一步地提高由燃烧室进入喷管的流体通过时的均匀性，需尽可能多提高通孔结构的数量，而将通孔结构的数量设置为30-360个，既可以保证进入喷管内的流体的均匀性，又可以保证集合器结构的可靠性，而当通孔结构的数量过多时，会降低集合器结构的强度，降低可靠性，而当通孔结构的数量过少时，则会造成流动均匀性差，不能保证进入喷管内的流体的均匀性。

优选地，所述通孔结构的形状为圆形，且所述通孔结构的直径为1-10mm。

为了进一步地提高由燃烧室进入喷管的流体通过时的均匀性，需将通孔结构的形状设置为圆形，且通孔结构的直径设置为1-10mm，且数量设置为30-360个，这种形式不但可以进一步保证由燃烧室进入喷管内的流体的均匀性，而且还能够保证集合器结构的可靠性，而当通孔结构的直径过大且数量过多时，会降低集合器结构的强度，降低可靠性，而当通孔结构的直径过小且数量过少时，则会影响由燃烧室进入喷管内的流体的均匀性。

本实施例利用集合器将燃烧室和喷管连通起来，保证其内部流道可以连通为一体，且通过调整通孔结构的数量和直径，解决了连接管路过多、流动均匀性差的问题。

本实施例的集合器的腔体内还设置有加强筋结构，从而增强了集合器自身的强度，同时提升燃烧室和喷管的连接强度。

优选地，本实施例的集合器与燃烧室、喷管均为焊接连接。即燃烧室的再生冷却流道末端的出口处与集合器的一端通过焊接连接，喷管的再生冷却流道末端的入口处与该集合器的另一端通过焊接连接，这种连接方式可以保证密封性，同时可以保证集合器与燃烧室、喷管的连接强度。

本实用新型实施例的流体还可以从喷管流向燃烧室，即流体从喷管的再生冷却流道末端流向集合器，再从集合器的通孔结构流向燃烧室。

在集合器的外壁上还可以设置第一入口和\/或第二入口，用于将流体通过第一入口和\/或第二入口流入集合器中，流体再由集合器分别流向燃烧室和喷管中，其中，第一入口和\/或第二入口分别由阀门控制第一入口和第二入口的通断，当需要由集合器分别向燃烧室和喷管输送流体时，便可以打开第一入口对应的阀门或第二入口对应的阀门，以使流体流入集合器中，再由集合器分别流向燃烧室和喷管中输送流体，当不需要由集合器分别向燃烧室和喷管输送流体时，则关闭第一入口对应的阀门或第二入口对应的阀门。

本实用新型实施例的集合器不仅适用于液体火箭发动机的再生冷却燃烧室(或称作身部)与再生冷却喷管的连接，亦可扩展到液体火箭发动机中所有具有两个内部流道的结构连接和内部流道的连通。

本实用新型实施例利用集合器将再生冷却燃烧室和喷管连接起来，并使其内部通道连通，较传统结构减少了一个集合器的设置，同时取消了多条连接管路，使得结构更加简单，简化了设计结构，降低了生产制造成本，利用集合器结构增加了燃烧室和喷管的连接强度，提高了火箭发动机的推力室的可靠性。

本实用新型实施例利用集合器内的通孔结构代替管路的作用，增大了流通面积，使得流体具有更好的流动均匀性和更低的局部流阻。

本实用新型实施例通过在集合器内部设置的加强筋结构，提高集合器自身强度，同时使燃烧室和喷管连为一体，提升了连接强度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

设计图

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