气氢气氧富氧预燃室以及补燃循环式液体火箭发动机

技术领域

本申请涉及航天航空技术领域，尤其是涉及一种气氢气氧富氧预燃室以及补燃循环式液体火箭发动机。

背景技术

氢氧推进剂组合由于其高比冲的特性，目前广泛应用于补燃循环式液体火箭发动机，而预燃室作为补燃循环式液体火箭发动机的重要部件，其作用是产生低温富氧(或富燃)燃气，这便要求预燃室内的燃烧发生在显著偏离当量混合比的情况下。

现有的气氢气氧富氧预燃室常采用单个同轴剪切喷嘴的结构，气氧与气氢仅存在一个反应接触面积，富氧预燃室内氧化剂与燃料之间的混合比极高，导致大量的气氧与少量的气氢反应时会出现火焰长度长、燃烧不充分等问题。

因此，亟需一种气氢气氧富氧预燃室以及补燃循环式液体火箭发动机，以在一定程度上解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气氢气氧富氧预燃室以及补燃循环式液体火箭发动机，以在一定程度上解决现有结构中氧化剂与燃料之间燃烧不充分的技术问题。

本申请提供了一种气氢气氧富氧预燃室，包括预燃室、气氢喷注构件以及设置于所述气氢喷注构件与所述预燃室之间的气氧喷注构件；

所述预燃室具有预燃腔；所述气氧喷注构件与所述气氢喷注构件之间围设有气氧腔；

所述气氧喷注构件具有多个与所述预燃腔连通的且沿所述预燃腔的圆周方向间隔排布的第一气氧通道；

所述气氢喷注构件包括具有气氢腔的气氢固定部以及多个沿所述气氢固定部圆周方向间隔排布的且与所述第一气氧通道一一对应的气氢喷注部；

所述气氢喷注部的一端与所述气氢腔连通且另一端穿过所述第一气氧通道与所述预燃腔连通，以使气氢腔内的气氢导入至所述预燃腔；

穿过所述第一气氧通道的所述气氢喷注部与所述第一气氧通道之间形成有气氧导通间隙，使得气氧通过所述气氧导通间隙导入至所述预燃腔；

多个气氢喷注部同时向所述预燃腔导入气氢，多个所述气氧导通间隙同时向所述预燃腔导入气氧，以增加所述气氢与所述气氧的接触面积。

在上述技术方案中，进一步地，所述第一气氧通道沿从所述气氢喷注构件到所述预燃室的方向包括相互连通的直段部以及外扩段；

所述外扩段沿从所述气氢喷注构件到所述预燃室的方向呈渐扩结构。

在上述技术方案中，进一步地，所述预燃室的侧壁开设有第二气氧通道；

所述第二气氧通道的一端与所述气氧腔连通且另一端与所述预燃腔连通，所述第二气氧通道能够将所述气氧喷注构件喷注的部分气氧导入至所述预燃腔。

在上述技术方案中，进一步地，所述第二气氧通道沿所述预燃室的轴线方向延伸且其起始端位于所述预燃室靠近所述气氧喷注构件的端部，终止端位于所述预燃室的中后部。

在上述技术方案中，进一步地，所述第二气氧通道设置有多个；

多个所述第二气氧通道沿所述预燃室的周向等间隔排布。

在上述技术方案中，进一步地，所述气氧喷注构件包括喷注面板；

所述喷注面板呈凹槽结构，开口端朝向所述气氢喷注构件，以使所述喷注面板与所述气氢喷注构件围设有所述气氧腔；

多个所述第一气氧通道靠近所述喷注面板的中心位置沿所述喷注面板的圆周方向等间隔排布；

所述喷注面板的圆周边沿开设有与所述第二气氧通道连通的第三气氧通道。

在上述技术方案中，进一步地，所述气氢喷注构件包括能够作为所述气氢固定部的气氢腔顶板以及能够作为所述气氢喷注部的气氢喷嘴；

所述气氢喷嘴包括第一喷注部和与所述第一喷注部连通的第二喷注部；

所述第一喷注部靠近所述气氢腔顶板，且沿所述气氢喷注构件到所述气氧喷注构件的方向呈渐缩结构；

所述第二喷注部靠近所述气氧喷注构件，且其沿所述预燃室的轴线方向延伸。

在上述技术方案中，进一步地，所述气氢气氧富氧预燃室还包括密封件；

所述密封件分别设置于所述预燃室与所述气氧喷注构件之间以及所述气氧喷注构件与所述气氢喷注构件之间。

在上述技术方案中，进一步地，所述气氢气氧富氧预燃室还包括连接构件；

所述连接构件能够将所述气氢喷注构件和所述气氧喷注构件固定于所述预燃室。

本申请还提供一种补燃循环式液体火箭发动机，包括上述的气氢气氧富氧预燃室。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种气氢气氧富氧预燃室，包括预燃室、气氢喷注构件以及设置于所述气氢喷注构件与所述预燃室之间的气氧喷注构件；

所述预燃室具有预燃腔；所述气氧喷注构件与所述气氢喷注构件之间围设有气氧腔；

所述气氧喷注构件具有多个与所述预燃腔连通的且沿所述预燃腔的圆周方向间隔排布的第一气氧通道；

所述气氢喷注构件包括具有气氢腔的气氢固定部以及多个沿所述气氢固定部圆周方向间隔排布的且与所述第一气氧通道一一对应的气氢喷注部；

所述气氢喷注部的一端与所述气氢腔连通且另一端穿过所述第一气氧通道与所述预燃腔连通，以使气氢腔内的气氢导入至所述预燃腔；

穿过所述第一气氧通道的所述气氢喷注部与所述第一气氧通道之间形成有气氧导通间隙，使得气氧通过所述气氧导通间隙导入至所述预燃腔；

多个气氢喷注部同时向所述预燃腔导入气氢，多个所述气氧导通间隙同时向所述预燃腔导入气氧，以增加所述气氢与所述气氧的接触面积。

具体地，本申请通过设置有多个气氢喷注部以及多个气氧导通间隙，即能够实现通过多个气氢喷注部同时向预燃腔导入气氢，通过多个气氧导通间隙能够同时向预燃腔导入气氧，这样一来增加了气氢与所述气氧的接触面积，使得气氢与气氧充分燃烧，防止在预燃室内出现火焰。

本申请还提供一种补燃循环式液体火箭发动机，包括上述的气氢气氧富氧预燃室。因此，具有补燃循环式液体火箭发动机的所有有益效果，在此不做过多阐述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室在第一视角下的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室在第二视角下的结构示意图；

图3为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室的剖视图；

图4为图3中A的放大图；

图5为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的气氧喷注构件在第一视角下的结构示意图；

图6为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的气氧喷注构件在第二视角下的结构示意图；

图7为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的气氢喷嘴在第三视角下的结构示意图；

图8为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的气氢喷嘴在第一视角下的结构示意图；

图9为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的气氢喷嘴在第二视角下的结构示意图；

图10为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的气氢喷嘴的剖视图；

图11为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的预燃室在第一视角下的结构示意图；

图12为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中的预燃室在第二视角下的结构示意图；

图13为本申请实施例一提供的气氢气氧富氧预燃室中内流场分布图原理图。

附图标记：

1-预燃室；2-气氢喷注构件；3-气氧喷注构件；4-预燃腔；5-气氧腔；6-第一气氧通道；7-气氢腔；8-气氧导通间隙；9-直段部；10-外扩段；11-第二气氧通道；12-喷注面板；13-第三气氧通道；14-气氢腔顶板；15-气氢喷嘴；16-第一喷注部；17-第二喷注部；18-密封件；19-连接构件；20-气氢接管嘴；21-气氧接管嘴；22-螺栓；23-螺母；24-安装槽；25-点火器。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

结合图1-图13详细描述本申请提供的气氢气氧富氧预燃室

在该实施例中提供了一种气氢气氧富氧预燃室，包括预燃室1、气氢喷注构件2以及设置于气氢喷注构件2与预燃室1之间的气氧喷注构件3。

具体地，预燃室1具有预燃腔4；气氢喷注构件2能够向预燃腔4导入气氢，气氧喷注构件3能够向预燃腔4导入气氧。

具体地，气氧喷注构件3与气氢喷注构件2之间围设有气氧腔5，气氧腔5用于存储气氧。

具体地，气氧喷注构件3具有多个第一气氧通道6，多个第一气氧通道6的一端与气氧腔5连通且另一端与预燃腔4连通，多个第一气氧通道6沿预燃室1的圆周方向间隔排布。

进一步地，气氧喷注构件3具有6个第一气氧通道6，预燃室1的圆周方向间隔排布。

具体地，气氢喷注构件2包括气氢固定部以及气氢喷注部，气氢固定部具有气氢腔7，气氢腔7用于存储气氢；气氢喷注部设置有多个，且多个气氢喷注部与第一气氧通道6一一对应，即当第一气氧通道6为6个时，气氢喷注部也具有6个。

具体地，气氢喷注部的一端与气氢腔7连通且另一端穿过第一气氧通道6与预燃腔4连通，即通过气氢喷注部能够将气氢腔7内的气氢导入至预燃腔4。

具体地，第一气氧通道6的直径大于气氢喷注部的直径，使得穿过第一气氧通道6的气氢喷注部与第一气氧通道6之间形成有气氧导通间隙8，通过此气氧导通间隙8能够将气氧腔5内的气氧导入至预燃腔4。

综上，本申请通过设置有多个气氢喷注部以及多个气氧导通间隙8，即能够实现通过多个气氢喷注部同时向预燃腔4导入气氢，通过多个气氧导通间隙8能够同时向预燃腔4导入气氧，这样一来增加了气氢与所述气氧的接触面积，使得气氢与气氧充分燃烧，防止在预燃室1内出现火焰。

在该实施例中，第一气氧通道6沿从气氢喷注构件2到预燃室1的方向包括相互连通的直段部9以及外扩段10。

具体地，直段部9是指此部分的第一气氧通道6是直的，平行于预热室的轴线方向。

具体地，外扩段10沿从气氢喷注构件2到预燃室1的方向呈渐扩结构。

进一步地，外扩段10为喇叭状结构。

综上，气氢喷注部穿过第一气氧通道6后形成的气氧导通间隙8也是先是直的通道，然后是渐扩的通道。

综上，当气氧通过气氧导通间隙8导入至预燃腔4时，其可以在预燃室1靠近气氧喷注构件3的一端形成涡流，其可有效的将燃烧反应区与气氧隔离开来，起到保护气氧喷注构件3的作用。

在该实施例中，预燃室1的侧壁开设有第二气氧通道11。

具体地，第二气氧通道11的一端与气氧腔5连通且另一端与预燃腔4连通，第二气氧通道11能够将气氧腔5的部分气氧导入预燃腔4。

综上，本申请采用多个气氢喷注部以及多个第一气氧通道6的结合方式，增大了同轴剪切力，大大增加了气氢气氧的反应面积；同时，在预燃腔4还设置有第二气氧通道11，第二气氧通道11导通至预燃腔4的气氧会对同轴剪切形成的喷射流产生较强的扰动涡，进一步促进掺混气氧气氧，提升燃烧效率。

具体地，第二气氧通道11沿预燃室1的轴线方向延伸且其起始端位于预燃室1靠近气氧喷注构件3的端部，终止端位于所述预燃室1的中后部。

具体地，第二气氧通道11设置有6个，6个第二气氧通道11沿预燃室1的圆周等间隔排布。

进一步地，6个第二气氧通道11与6个第一气氧通道6一一对应设置。

在该实施例中，气氧喷注构件3包括喷注面板12。

具体地，喷注面板12呈凹槽结构，凹槽结构的开口端朝向气氢喷注构件2，以使喷注面板12与气氢喷注构件2围设有气氧腔5；

具体地，6个第一气氧通道6靠近喷注面板12的中心位置沿喷注面板12的圆周方向等间隔排布。

具体地，喷注面板12的圆周边沿开设有与第二气氧通道11连通的第三气氧通道13。部分气氧依次通过第三气氧通道13、第二气氧通道11导入至预燃腔4。

在实际的使用过程中，气氧通过多个气氧导通间隙8导入至预燃腔4，气氢通过多个气氢喷注部导入至预燃室1，增大了同轴剪切力，大大增加了气氢气氧的反应面积；同时，部分气氧通过第三气氧通道13以及第二气氧通道11导入至预燃腔4的中后部，使得此部分的气氧能够对同轴剪切形成的喷射流产生较强的扰动涡，进一步促进掺混气氧气氧，提升燃烧效率。

在该实施例中，气氢喷注构件2包括能够作为气氢固定部的气氢腔顶板14以及能够作为气氢喷注部的气氢喷嘴15。

具体地，气氢喷嘴15包括第一喷注部16和与第一喷注部16连通的第二喷注部17。

进一步地，第一喷注部16靠近气氢腔顶板14，且沿气氢喷注构件2到所述气氧喷注构件3的方向呈渐缩结构。

进一步地，第二喷注部17靠近气氧喷注构件3，且其沿预燃室1的轴线方向延伸。

综上，气氢喷注至预燃室1的整体过程可以理解为是一种渐缩结构，此渐缩结构有利于气氧在气氢喷嘴15出口处更高的包裹束缚住气氢，避免气氢和气氧两者间剧烈掺混造成燃烧高温区过于靠近喷注面板12所带来的热负荷。

在该实施例中，所述气氢气氧富氧预燃室1还包括密封件18。

具体地，密封件18分别设置于预燃室1与气氧喷注构件3之间以及气氧喷注构件3与气氢喷注构件2之间，从而防止气氧和气氢的泄漏，保证气氧喷注构建以及气氢喷注构件2的密封性。

在该实施例中，气氢气氧富氧预燃室1还包括连接构件19；连接构件19包括螺栓22和螺母23。

具体地，在预燃室1靠近喷注面板12的圆周方向开设有安装槽24。

在实际的连接过程中：首先螺栓22依次穿过气氢腔顶板14、气氧喷注面板12和预燃室1的边沿，然后螺母23螺栓22于安装槽24内。

在该实施例中，气氢气氧富氧预燃室1还包括点火器25，点火器25设置设置于预燃室1的侧壁，且位于预燃室1的中部，点火器25的点火端能够延伸至预燃腔4，在预燃腔4内点火，使得气氢和气氧燃烧。

在该实施例中，气氢气氧富氧预燃室1还包括气氢接管嘴20和气氧接管嘴21，气氢接管嘴20与气氢腔7连通，用于向气氢腔7导图气氢，气氧接管嘴21与气氧腔5连通，用于向气氧腔5导图气氧。

实施例二

在该实施例中还提供一种补燃循环式液体火箭发动机，包括上述的气氢气氧富氧预燃室。因此具有气氢气氧富氧预燃室的所有有益效果，在此不做过多阐述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。