一种液体火箭发动机液膜冷却混气段的制作方法

1.本实用新型属于液体火箭发动机液膜冷却技术领域，具体涉及一种液体火箭发动机液膜冷却混气段。


背景技术：

2.几乎所有的火箭发动机都面临着推进剂能量剧烈释放产生的而高温问题，为了保护发动机和其他系统部件，业界对许多冷却方法，如再生冷却、辐射冷却、热沉法、隔热法、液膜冷却或发汗冷却法等都展开研究。对于液体火箭发动机，通常需要采用液膜冷却方式。通过向推力室壁面注入推进剂，形成的冷却液膜能隔绝高温燃气与壁面的直接接触，有效减少燃气向壁面的传热。但是，冷却剂的注入会使推力室近壁区域的混合比严重偏离最佳混合比，部分推进剂不能有效的参加燃烧，导致推力室性能损失。为了深入了解并发掘液膜冷却的潜力，采用直流电弧等离子体火炬是一种利用高压电通过阴、阳极之间的弧光放电，电离介质气体，使得气体电离为第四态等离子态，产生高温燃气，可模拟发动机推力室高温热环境。等离子火炬在点燃时，高温气体介质流量为13.75g/s，温度可达到3000℃以上，无法满足试验所需最大高温气体介质流量160g/s，温度1200℃～1500℃要求。通过设计计算，可在高温气体介质中增加低温混合介质气，将温度降低到1200℃～1500℃同时将介质气流量增大到160g/s。为了引入低温混合介质气，需要提供一种新的混气段来满足要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，用于引入低温混合介质气，将等离子火炬产生的3000℃以上高温燃气进行冷却降温，同时将介质气流量增大到160g/s，以此解决等离子矩发生器产生高温介质气温度过高及流量不够的问题。
4.本实用新型的技术方案如下：一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，包括本体，本体包括外壁，冷却水夹层及内壁，外壁与内壁之间为冷却水夹层，本体的一端设置有冷却水进口，本体的中间位置设置有低温混合介质气进口，本体的一端设置有冷却水出口，本体上靠近冷却水进口的端部设置等离子体火炬接口，每两个冷却水出口之间设置连接板，连接板上开有安装法兰孔。
5.优选的，所述的冷却水进口共有个沿着本体的周向均匀布置，冷却水进口穿过外壁与冷却水夹层相通，外壁与内壁之间的冷却水夹层内设置有旋转隔板，旋转隔板位于冷却水进口的侧端。
6.优选的，所述的低温混合介质气进口共有4个，沿着本体的周向均匀布置，低温混合介质气进口穿过外壁、冷却水夹层和内壁并与本体的中间通孔相通。
7.优选的，所述的冷却水出口共有4个沿着本体的周向均匀布置，冷却水出口穿过外壁与冷却水夹层相通，外壁与内壁之间的冷却水夹层内设置有旋转隔板，旋转隔板位于冷却水出口的侧端，
8.优选的，所述的等离子体火炬接口的内侧设置有第一环形安装槽。
9.优选的，所述的本体上靠近冷却水出口的端部设置第二环形安装槽。
10.本实用新型的有益效果在于：通过调节进入混气段冷却介质气混合等离子矩发生器产生的高温介质气，既起到降低介质气温度(从3000℃降低至1200℃～1500℃)的同时提高介质气流量，满足试验需要。以此解决等离子矩发生器产生高温介质气温度过高及流量不够的问题。
附图说明
11.图1为本实用新型所提供的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段示意图；
12.图2为本实用新型所提供的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段内部结构及流道图；
13.图3为图2的a-a剖面图；
14.图4为图2的b-b剖面图；
15.图5为图2的c-c剖面图。
16.图中：1冷却水进口，2低温混合介质气进口，3冷却水出口，4安装法兰孔，5等离子体火炬接口，6第一环形安装槽，7第二环形安装槽，8旋转隔板。
具体实施方式
17.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
19.本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“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，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
20.本实用新型所提供的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段是热源供应重要流经通道，既可以满足降低等离子矩发生器产生的等离子气体温度，同时可以起到增加流量的作用，混气段内腔分为不锈钢外壁、冷却水夹层及不锈钢内壁。不锈钢内、外壁起到耐压及构建气流作用，冷却水夹层用于给不锈钢壁降温，混气段从外向内设计多个穿仓孔，用于将外部冷介质气引入腔体内与高温等离子体介质气混合，不锈钢外壁设计多个穿仓孔，用于冷却水进、出，形成循环冷却。
21.如图1-5所示，一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，包括柱状空心的本体11，本
体11包括外壁12，冷却水夹层13及内壁14，外壁12与内壁14之间为冷却水夹层13，本体11的一端设置有冷却水进口1，其中，如图3所示，本实施例中的冷却水进口1共有4个沿着本体11的周向均匀布置，冷却水进口1穿过外壁12与冷却水夹层13相通，外壁12与内壁14之间的冷却水夹层13内设置有旋转隔板8，旋转隔板8位于冷却水进口1的侧端，本体11的中间位置设置有低温混合介质气进口2，如图4所示，本实施例中的低温混合介质气进口2共有4个，沿着本体11的周向均匀布置，低温混合介质气进口2穿过外壁12、冷却水夹层13和内壁14并与本体11的中间通孔相通，本体11的一端设置有冷却水出口3，如图5所示，本实施例中的冷却水出口3共有4个沿着本体11的周向均匀布置，冷却水出口3穿过外壁12与冷却水夹层13相通，外壁12与内壁14之间的冷却水夹层13内设置有旋转隔板8，旋转隔板8位于冷却水出口3的侧端，本体11上靠近冷却水进口1的端部设置等离子体火炬接口5，等离子体火炬接口5的内侧设置有第一环形安装槽6，混气段通过等离子体火炬接口5与等离子体火炬进行连接，通过将石墨密封垫放入第一环形安装槽6内进行密封。本体11上靠近冷却水出口3的端部设置第二环形安装槽7，每两个冷却水出口3之间设置凸板，凸板上开有安装法兰孔4，通过安装法兰孔4与下游可观测的推力室结构进行连接，通过将石墨密封垫放入第二环形安装槽7内进行密封。
22.本实用新型的工作过程如下：
23.通过冷却水进口1(共4处)和冷却水出口3(共4处)连接冷却水冷却系统，形成冷却循环，用于不锈钢壁进行降温。低温混合介质气进口2(共4处)连接低温混合介质气气源，引入低温混合介质气与等离子体火炬产生的高温介质气混合，同时，4处进口方向均与壁面相切，在低温混合介质气进入时，形成旋转气流，保证与高温介质气充分混合。由于混气段直接接触3000℃高温等离子气体，所以为了使冷却水夹层充分冷却，在冷却水夹层增加了旋转隔板，使得冷却水循环时，在冷却水夹层进行旋转流动，防止局部冷却不到位。整体结构较为复杂，故混气段采用3d打印高温合金技术一体成型，再经过机床加工相应螺纹，完成产品生产。
24.试验目标舱段选用透明陶瓷模拟发动机燃烧室，喉部尺寸和边区角度与火箭发动机尺寸保持完全一致，保证试验数据的可信任性，可深入研究液膜形态及降温机理。
25.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，其特征在于：包括本体，本体包括外壁，冷却水夹层及内壁，外壁与内壁之间为冷却水夹层，本体的一端设置有冷却水进口，本体的中间位置设置有低温混合介质气进口，本体的一端设置有冷却水出口，本体上靠近冷却水进口的端部设置等离子体火炬接口，每两个冷却水出口之间设置连接板，连接板上开有安装法兰孔。2.如权利要求1所述的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，其特征在于：所述的冷却水进口共有个沿着本体的周向均匀布置，冷却水进口穿过外壁与冷却水夹层相通，外壁与内壁之间的冷却水夹层内设置有旋转隔板，旋转隔板位于冷却水进口的侧端。3.如权利要求1所述的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，其特征在于：所述的低温混合介质气进口共有4个，沿着本体的周向均匀布置，低温混合介质气进口穿过外壁、冷却水夹层和内壁并与本体的中间通孔相通。4.如权利要求1所述的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，其特征在于：所述的冷却水出口共有4个沿着本体的周向均匀布置，冷却水出口穿过外壁与冷却水夹层相通，外壁与内壁之间的冷却水夹层内设置有旋转隔板，旋转隔板位于冷却水出口的侧端。5.如权利要求1所述的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，其特征在于：所述的等离子体火炬接口的内侧设置有第一环形安装槽。6.如权利要求1所述的一种液体火箭发动机液膜冷却混气段，其特征在于：所述的本体上靠近冷却水出口的端部设置第二环形安装槽。

技术总结
本实用新型属于液体火箭发动机液膜冷却技术领域，具体涉及一种液体火箭发动机液膜冷却混气段。包括本体，本体包括外壁，冷却水夹层及内壁，外壁与内壁之间为冷却水夹层，本体的一端设置有冷却水进口，本体的中间位置设置有低温混合介质气进口，本体的一端设置有冷却水出口，本体上靠近冷却水进口的端部设置等离子体火炬接口，每两个冷却水出口之间设置连接板，连接板上开有安装法兰孔。本实用新型的有益效果在于：通过调节进入混气段冷却介质气混合等离子矩发生器产生的高温介质气，既起到降低介质气温度(从3000℃降低至1200℃～1500℃)的同时提高介质气流量，满足试验需要。以此解决等离子矩发生器产生高温介质气温度过高及流量不够的问题。及流量不够的问题。及流量不够的问题。


技术研发人员：何湘 孙吉党
受保护的技术使用者：苏州旗磐科技有限公司
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/6/7