1.本发明属于空间推进技术领域，尤其涉及一种应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器。
背景技术：2.对孔互击喷注器结构简单、雾化性能优秀，在空间液体火箭发动机中获得了广泛的应用。现有技术中通常采用单组互击孔结构，存在如下的缺点：
3.第一、在推进剂组合和喷注压降确定的情况下，推进剂雾化质量随着流量的增大而变差，制约了发动机性能的提高。
4.第二、同时由单组互击孔结构的特性，两路推进剂在推力室内的浓度分布梯度很大，导致燃烧室内火焰分布极度不均匀，容易导致燃烧室壁面出现局部热点，甚至有可能导致发动机出现结构性损坏。
技术实现要素：5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，提高了燃烧室内火焰分布均匀性，能够显著提高双组元液体火箭发动机的性能和寿命。
6.本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，包括：法兰、接管和喷注头；其中，所述法兰的内端面与所述接管的一端相连接；所述喷注头的内端面与所述接管的另一端相连接；并且所述接管位于所述喷注头的内部；所述喷注头的一端与所述法兰相连接。
7.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述法兰的端面为近似等边三角形，所述近似等边三角形的三个角均为倒圆角；所述法兰的外端面开设有圆孔；所述圆孔的底面开设有沿所述圆孔的中心线对称分布的两组第一台阶孔组；其中，每组台阶孔组包括第一台阶孔、第二台阶孔和第三台阶孔；其中，第一台阶孔、第二台阶孔和第三台阶孔依次相连通；所述法兰的内端面分布台阶轴，依此有第一台阶和第二台阶。
8.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述法兰的顶边圆角处均匀分布三个圆形通孔。
9.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述接管为中心通孔的台阶轴；所述接管从小端面往大端面依此分布第一台阶、第二台阶、第三台阶和第四台阶；其中，所述第一台阶设置于所述第二台阶孔内，所述第二台阶设置于所述第三台阶孔内；所述接管的中心通孔与所述第一台阶孔相连通。
10.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述喷注头包括台阶环、支撑柱、圆环和圆柱体；其中，所述圆柱体的一端与所述台阶环相连接；所述圆柱体的另一端通过支撑柱与所述圆环相连接；所述圆环与所述法兰的内端面相连接。
11.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述圆柱体的内端面开
设有沿所述圆柱体的中心线对称分布的两组第二台阶孔组；其中，每组第二台阶孔组包括第四台阶孔和第五台阶孔；其中，第四台阶孔和第五台阶孔依次相连通；所述第五台阶孔的底部开设有长腰孔；长腰孔的底部开设有细通孔组；其中，所述细通孔组的一端与长腰孔相连通，所述细通孔组的另一端与台阶环相连通；所述第四台阶设置于所述第五台阶孔内，所述第三台阶设置于所述第四台阶孔内。
12.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述长腰孔的数量为两个，则细通孔组的数量为两组；其中，每组细通孔组包括第一细通孔、第二细通孔和第三细通孔；其中，第一组细通孔组的第一细通孔与第二组细通孔组的第一细通孔共面相交，形成第一组互击孔；第一组细通孔组的第二细通孔与第二组细通孔组的第二细通孔共面相交，形成第二组互击孔；第一组细通孔组的第三细通孔与第二组细通孔组的第三细通孔共面相交，形成第三组互击孔。
13.上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，第一组互击孔、第二组互击孔和第三组互击孔存在如下约束关系：
14.d2＝1.133d1；
15.cosβ2＝1.284cosα2；
[0016][0017]
δ＝min(a,b)/2；
[0018]
(a-δ)tanβ1＝(b+δ)tanα1；
[0019]
(a+δ)tanβ3＝(b-δ)tanα3；
[0020]
其中，d1为第一组细通孔组的第一细通孔、第一组细通孔组的第二细通孔和第一组细通孔组的第三细通孔内径；d2为第二组细通孔组的第一细通孔、第二组细通孔组的第二细通孔和第二组细通孔组的第三细通孔内径；α1为第一组细通孔组的第一细通孔与中心轴线的夹角；α2为第一组细通孔组的第二细通孔与中心轴线的夹角；α3第一组细通孔组的第三细通孔与中心轴线的夹角；β1为第二组细通孔组的第一细通孔与中心轴线的夹角；β2为第二组细通孔组的第二细通孔与中心轴线的夹角；β3第二组细通孔组的第三细通孔与中心轴线的夹角；a为第一组细通孔组的第二细通孔右端入口中心与中心轴线之间距离；b为第二组细通孔组的第二细通孔右端入口中心与中心轴线之间距离，δ为a和b两值中最小值的一半。
[0021]
上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，所述支撑柱的数量不小于2个，多个支撑柱沿所述圆环的圆周方向均匀分布。
[0022]
上述应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器中，第一台阶孔的中心轴线、第二台阶孔的中心轴线和第三台阶孔的中心轴线重合。
[0023]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0024]
(1)本发明通过采用多组互击孔共同实现推进剂的雾化，将单组互击孔负荷降低，能够大幅度提高推进剂的雾化质量，显著提高了较大推力量级发动机的性能；
[0025]
(2)本发明通过组织多组互击孔之间的相互作用，增强了不同喷嘴之间的相互交叉混合效应，推进剂混合效率也得到显著增强，同时显著提高了燃烧室内火焰分布均匀性，提高双组元液体火箭发动机的性能和寿命。
附图说明
[0026]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0027]
图1是本发明实施例提供的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器的正视剖视图；
[0028]
图2是本发明实施例提供的法兰俯视剖视图；
[0029]
图3是本发明实施例提供的法兰正视图；
[0030]
图4为本发明实施例提供的接管正视剖视图；
[0031]
图5为本发明实施例提供的喷注头正视剖视图；
[0032]
图6为本发明实施例提供的喷注头俯视剖视图；
[0033]
图7为本发明实施例提供的喷注头前视图；
[0034]
图8为本发明实施例提供的喷注头后视图；
[0035]
图9为本发明实施例提供的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器的立体图；
[0036]
图10为本发明实施例提供的喷注头的另一示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0038]
图1是本发明实施例提供的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器的正视剖视图；图9为本发明实施例提供的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器的立体图。如图1和图9所示，该应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器包括法兰1、接管2和喷注头3，所述法兰1和喷注头3配套数量为1，接管2配套数量为2；其中法兰1与接管2的一端相连接；喷注头3与接管2的另一端相连；喷注头3与法兰1的一端相连；喷注头3与法兰1之间采用真空电子束焊接方式连接；接管2与法兰1、喷注头3之间均采用真空钎焊方式连接。
[0039]
如图2和图3所示，法兰1为端面等边三角柱，三条顶边均倒圆角；法兰1的外端面开设有圆孔11；圆孔11的底面开设有沿圆孔11的中心线对称分布的两组第一台阶孔组；其中，每组台阶孔组包括第一台阶孔14、第二台阶孔15和第三台阶孔16；其中，第一台阶孔14、第二台阶孔15和第三台阶孔16依次相连通，第一台阶孔14的中心轴线、第二台阶孔15的中心轴线和第三台阶孔16的中心轴线重合。法兰1的内端设置有第1台阶12和第2台阶13。法兰1顶边圆角处均匀分布三个圆形通孔17。
[0040]
如图4所示，接管2为中心通孔的台阶轴；接管2从小端面往大端面依此分布第一台阶21、第二台阶22、第三台阶23和第四台阶24；其中，第一台阶21设置于第二台阶孔15内，第二台阶22设置于第三台阶孔16内；接管2的中心通孔与第一台阶孔14相连通。
[0041]
如图5、图6、图7、图8和图9所示，喷注头3包括台阶环31、支撑柱32、圆环33和圆柱体340；其中，圆柱体340的一端与台阶环31相连接；圆柱体340的另一端通过支撑柱32与圆环33相连接；圆环33与法兰1的内端面相连接。具体的，圆环33的端面与第1台阶12焊接，圆环33的内壁与第1台阶12和第2台阶13之间的竖边焊接。支撑柱32的数量不小于2个，多个支撑柱32沿圆环33的圆周方向均匀分布。
[0042]
圆柱体340的内端面开设有沿圆柱体340的中心线对称分布的两组第二台阶孔组34；其中，每组第二台阶孔组包括第四台阶孔35和第五台阶孔36；其中，第四台阶孔35和第五台阶孔36依次相连通。第五台阶孔36的底部开设有长腰孔37；长腰孔37的底部开设有细通孔组；其中，细通孔组的一端与长腰孔37相连通，细通孔组的另一端与台阶环31相连通；第四台阶24设置于第五台阶孔36内，第三台阶23设置于第四台阶孔35内。
[0043]
长腰孔37的数量为两个，则细通孔组的数量为两组；其中，每组细通孔组包括第一细通孔381、第二细通孔382和第三细通孔383；其中，第一组细通孔组的第一细通孔381与第二组细通孔组的第一细通孔381共面相交，形成第一组互击孔；第一组细通孔组的第二细通孔382与第二组细通孔组的第二细通孔382共面相交，形成第二组互击孔；第一组细通孔组的第三细通孔383与第二组细通孔组的第三细通孔383共面相交，形成第三组互击孔。
[0044]
如图8和图10所示，第一组互击孔、第二组互击孔和第三组互击孔存在如下约束关系：
[0045]
d2＝1.133d1；
[0046]
cosβ2＝1.284cosα2；
[0047][0048]
δ＝min(a,b)/2；
[0049]
(a-δ)tanβ1＝(b+δ)tanα1；
[0050]
(a+δ)tanβ3＝(b-δ)tanα3；
[0051]
其中，d1为第一组细通孔组的第一细通孔381、第一组细通孔组的第二细通孔382和第一组细通孔组的第三细通孔383内径；d2为第二组细通孔组的第一细通孔381、第二组细通孔组的第二细通孔382和第二组细通孔组的第三细通孔383内径；α1为第一组细通孔组的第一细通孔381与中心轴线的夹角；α2为第一组细通孔组的第二细通孔382与中心轴线的夹角；α3第一组细通孔组的第三细通孔383与中心轴线的夹角；β1为第二组细通孔组的第一细通孔381与中心轴线的夹角；β2为第二组细通孔组的第二细通孔382与中心轴线的夹角；β3第二组细通孔组的第三细通孔383与中心轴线的夹角；a为第一组细通孔组的第二细通孔382右端入口中心与中心轴线之间距离；b为第二组细通孔组的第二细通孔382右端入口中心与中心轴线之间距离，δ为a和b两值中最小值的一半。
[0052]
通过上述公式，可以确定燃料和氧化剂流道互击孔直径、互击孔角度以及空间位置之间的关系，能够实现燃料和氧化剂互击射流雾化良好，雾滴群空间分布均匀，使得推进剂掺混效果良好，燃烧效率高，能够使应用该喷注器的发动机达到更高的比冲性能。推进剂为甲基肼和四氧化二氮的组合。
[0053]
本发明通过采用多组互击孔共同实现推进剂的雾化，将单组互击孔负荷降低到原来的1/3，能够大幅度提高推进剂的雾化质量，显著提高了较大推力量级发动机的性能；本
发明通过组织多组互击孔之间的相互作用，增强了不同喷嘴之间的相互交叉混合效应，推进剂混合效率也得到显著增强，同时显著提高了燃烧室内火焰分布均匀性，提高双组元液体火箭发动机的性能和寿命。
[0054]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
技术特征：1.一种应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于包括：法兰(1)、接管(2)和喷注头(3)；其中，所述法兰(1)的内端面与所述接管(2)的一端相连接；所述喷注头(3)的内端面与所述接管(2)的另一端相连接；并且所述接管(2)位于所述喷注头(3)的内部；所述喷注头(3)的一端与所述法兰(1)相连接。2.根据权利要求1所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述法兰(1)的端面为近似等边三角形，所述近似等边三角形为三个角均为倒圆角的结构；所述法兰(1)的外端面开设有圆孔(11)；所述圆孔(11)的底面开设有沿所述圆孔(11)的中心线对称分布的两组第一台阶孔组；其中，每组台阶孔组包括第一台阶孔(14)、第二台阶孔(15)和第三台阶孔(16)；其中，第一台阶孔(14)、第二台阶孔(15)和第三台阶孔(16)依次相连通；所述法兰(1)的内端设置有台阶。3.根据权利要求2所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述法兰(1)的顶边圆角处均匀分布三个圆形通孔(17)。4.根据权利要求3所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述接管(2)为中心通孔的台阶轴；所述接管(2)从小端面往大端面依此分布第一台阶(21)、第二台阶(22)、第三台阶(23)和第四台阶(24)；其中，所述第一台阶(21)设置于所述第二台阶孔(15)内，所述第二台阶(22)设置于所述第三台阶孔(16)内；所述接管(2)的中心通孔与所述第一台阶孔(14)相连通。5.根据权利要求4所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述喷注头(3)包括台阶环(31)、支撑柱(32)、圆环(33)和圆柱体(340)；其中，所述圆柱体(340)的一端与所述台阶环(31)相连接；所述圆柱体(340)的另一端通过支撑柱(32)与所述圆环(33)相连接；所述圆环(33)与所述法兰(1)的内端面相连接。6.根据权利要求5所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述圆柱体(340)的内端面开设有沿所述圆柱体(340)的中心线对称分布的两组第二台阶孔组(34)；其中，每组第二台阶孔组包括第四台阶孔(35)和第五台阶孔(36)；其中，第四台阶孔(35)和第五台阶孔(36)依次相连通；所述第五台阶孔(36)的底部开设有长腰孔(37)；长腰孔(37)的底部开设有细通孔组；其中，所述细通孔组的一端与长腰孔(37)相连通，所述细通孔组的另一端与台阶环(31)相连通；所述第四台阶(24)设置于所述第五台阶孔(36)内，所述第三台阶(23)设置于所述第四台阶孔(35)内。7.根据权利要求6所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述长腰孔(37)的数量为两个，则细通孔组的数量为两组；其中，每组细通孔组包括第一细通孔(381)、第二细通孔(382)和第三细通孔(383)；其中，第一组细通孔组的第一细通孔(381)与第二组细通孔组的第一细通孔(381)共面相交，
形成第一组互击孔；第一组细通孔组的第二细通孔(382)与第二组细通孔组的第二细通孔(382)共面相交，形成第二组互击孔；第一组细通孔组的第三细通孔(383)与第二组细通孔组的第三细通孔(383)共面相交，形成第三组互击孔。8.根据权利要求6所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：第一组互击孔、第二组互击孔和第三组互击孔存在如下约束关系：d2＝1.133d1；cosβ2＝1.284cosα2；δ＝min(a,b)/2；(a-δ)tanβ1＝(b+δ)tanα1；(a+δ)tanβ3＝(b-δ)tanα3；其中，d1为第一组细通孔组的第一细通孔(381)、第一组细通孔组的第二细通孔(382)和第一组细通孔组的第三细通孔(383)内径；d2为第二组细通孔组的第一细通孔(381)、第二组细通孔组的第二细通孔(382)和第二组细通孔组的第三细通孔(383)内径；α1为第一组细通孔组的第一细通孔(381)与中心轴线的夹角；α2为第一组细通孔组的第二细通孔(382)与中心轴线的夹角；α3第一组细通孔组的第三细通孔(383)与中心轴线的夹角；β1为第二组细通孔组的第一细通孔(381)与中心轴线的夹角；β2为第二组细通孔组的第二细通孔(382)与中心轴线的夹角；β3第二组细通孔组的第三细通孔(383)与中心轴线的夹角；a为第一组细通孔组的第二细通孔(382)右端入口中心与中心轴线之间距离；b为第二组细通孔组的第二细通孔(382)右端入口中心与中心轴线之间距离，δ为a和b两值中最小值的一半。9.根据权利要求4所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：所述支撑柱(32)的数量不小于2个，多个支撑柱(32)沿所述圆环(33)的圆周方向均匀分布。10.根据权利要求2所述的应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，其特征在于：第一台阶孔(14)的中心轴线、第二台阶孔(15)的中心轴线和第三台阶孔(16)的中心轴线重合。
技术总结本发明公开了一种应用于轻质快响双组元发动机的对孔互击喷注器，包括：法兰、接管和喷注头；其中，所述法兰的内端面与所述接管的一端相连接；所述喷注头的内端面与所述接管的另一端相连接；并且所述接管位于所述喷注头的内部；所述喷注头的一端与所述法兰相连接。本发明提高了燃烧室内火焰分布均匀性，能够显著提高双组元液体火箭发动机的性能和寿命。高双组元液体火箭发动机的性能和寿命。高双组元液体火箭发动机的性能和寿命。
技术研发人员：汪凤山 姚兆普 黄景怀 汪旭东 张杰 严浩
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：2022.06.22
技术公布日：2022/11/1
