阅读说明：本技术 一种流量能调节且易安装的针栓喷注器 (Pintle injector with adjustable flow and easy installation ) 是由 仝毅恒 谢远 楚威 闫常春 朱杨柱 林伟 苏凌宇 聂万胜 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种流量能调节且易安装的针栓喷注器,包括中心杆、旋转夹套、旋转驱动机构和夹板；中心杆中心具有内流道,底部设有若干个内流道连通孔；旋转夹套同轴套设在中心杆的外周,且能旋转,其包括外套壳、内套壳、环形顶盖和外流道；内套壳底部设有内流道喷孔；环形顶盖上设有若干个外流道喷孔；夹板同轴套装在位于夹套顶部的中心杆外周,且中心具有集液腔,集液腔底部设有外流道连通孔；当旋转夹套旋转时,外流道喷孔能对外流道连通孔形成封堵或连通,内流道喷孔能对内流道连通孔形成封堵或连通。本发明结构简单、易安装,而且可以实现两种推进剂流量的协同调节,实现两种推进剂的同步调节。(The invention discloses a pintle injector which can adjust the flow and is easy to install, comprising a central rod, a rotary jacket, a rotary driving mechanism and a clamping plate; the center of the central rod is provided with an inner flow channel, and the bottom of the central rod is provided with a plurality of inner flow channel communication holes; the rotating jacket is coaxially sleeved on the periphery of the central rod and can rotate, and comprises an outer sleeve shell, an inner sleeve shell, an annular top cover and an outer flow passage; the bottom of the inner sleeve shell is provided with an inner runner spray hole; a plurality of outer runner spray holes are formed in the annular top cover; the clamping plate is coaxially sleeved on the periphery of a center rod positioned at the top of the clamping sleeve, the center of the clamping plate is provided with a liquid collecting cavity, and the bottom of the liquid collecting cavity is provided with an outer flow channel communicating hole; when the rotary jacket rotates, the outer runner nozzle hole can be plugged or communicated with the outer runner communicating hole, and the inner runner nozzle hole can be plugged or communicated with the inner runner communicating hole. The invention has simple structure and easy installation, and can realize the cooperative regulation of the flow of the two propellants and the synchronous regulation of the two propellants.)

一种流量能调节且易安装的针栓喷注器

技术领域

本发明涉及空间推进技术，特别是一种流量能调节且易安装的针栓喷注器。

背景技术

针栓式喷注器与用在双组元液体火箭发动机上的典型的撞击式或同轴式喷嘴比较，具有独特的几何特性和喷注特性。针栓式喷注器能够产生很高的燃烧效率，具有以下优点：调节能力强、具有面关机特性、成本低 、可靠性高以及操作安全等。对针栓发动机而言，总动量比（TMR）是最重要的设计参数，定义为径向动量和轴向动量的比值。

现有技术中，针栓喷注器的主要问题是流量调节方式比较复杂，并且在传统针栓喷注器，两种推进剂的流量是单独控制的，在动量比（TMR）的控制上，并不能达到同步调节，得到预期的动量比。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种流量能调节且易安装的针栓喷注器，该流量能调节且易安装的针栓喷注器结构简单、易安装，而且可以实现两种推进剂流量的协同调节，实现两种推进剂的同步调节。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种流量能调节且易安装的针栓喷注器，包括中心杆、旋转夹套、旋转驱动机构和夹板。

中心杆为回转体，且中心具有内流道，中心杆底部沿周向均匀布设有若干个内流道连通孔。

旋转夹套为回转体，同轴套设在中心杆的外周，且能在旋转驱动机构的作用下沿自身轴线旋转。旋转夹套包括外套壳、内套壳和环形顶盖。外套壳和内套壳顶部齐平，且通过环形顶盖密封连接。外套壳、内套壳和环形顶盖围合形成底端开口的外流道。内套壳底部沿周向设置有与内流道连通孔数理相等的内流道喷孔。环形顶盖沿周向均匀布设有若干个外流道喷孔。

夹板为回转体，同轴套装在位于夹套顶部的中心杆外周，夹板中心具有集液腔，位于中心杆外周的集液腔底部沿周向均匀布设有与外流道喷孔数量相等的外流道连通孔。

当旋转夹套旋转时，外流道喷孔能对外流道连通孔形成封堵或连通，内流道喷孔能对内流道连通孔形成封堵或连通。

旋转驱动机构包括步进电机、齿轮和罩壳。步进电机安装在夹板下端面，齿轮套装在步进电机的电机轴上，外套壳顶部设置有能与齿轮相啮合的外齿。罩壳为回转体，安装在夹板底部，中心套设在旋转夹套外周，并将步进电机和齿轮罩设在内。

罩壳底部对旋转夹套的外齿进行支撑，实现旋转夹套的轴向定位。

还包括底座，底座套设在位于夹板顶部的中心杆外周，底座上设置有外流道液体注入孔，用于向集液腔注入推进剂。

中心杆顶部设置有台肩，台肩搭设在底座顶部，用于对中心杆进行轴向定位。

每个外流道连通孔均为矩形孔。

内流道流动的推进剂为液氧或甲烷，外流道中流动的推进剂为甲烷或液氧。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的针栓喷注器适用于液氧、甲烷液体火箭发动机；通过改变外流道喷孔和内流道喷孔的有效面积，以及推进剂喷出和停止时间的比值，实现了两种推进剂的流行的同时变化，可以得到准确的动量比（TMR），提高了发动机的工作范围。可重复使用的航天器一直是发展的重点，煤油作为推进剂冷却剂始终存在结焦的问题，当甲烷作为推进剂时,则能解决结焦的问题；当采用本发明的针栓喷注器后，最大推力能实现7500N，推力变比（最大推力与最小推力的比值）能达到5：1。

2、本发明加入了旋转驱动机构和旋转夹套，使得内流道有效流动面积发生改变，使得推力实现连续可调节，提高了液体火箭发动机的工作范围。现在的针栓喷注器主要运用于载人航天主动段，可以进行变推力飞行，实现严格控制宇航员的过载，确保宇航员的飞行安全。内流道推进剂A通常为燃料，同时对燃烧室内壁起到降温的作用，因此流量是恒定的。只需要改变外流道推进剂B氧化剂的流量，控制燃烧，使得推力发生改变。对于落月发动机，如果只采取外流道的流量变化，所能实现的最大推力范围只有6000N，所能实现的推力变比只有4：1，如果采取增加流量的方式，则会产生雾化效果不好，燃烧效率低，偶尔会出现燃烧不稳定的现象，便不能满足推力的需求了，采用此发明后同样的流量条件下，雾化更加均匀，燃烧效率提高，并且内流道的流量也可以调节，使得推力范围得到进一步扩大，达到了7500N的推力需求。

附图说明

图1显示了本发明一种流量能调节且易安装的针栓喷注器的结构示意图。

图2显示了本发明中中心杆的结构示意图。

图3显示了旋转夹套的立体结构示意图。

图4显示了旋转夹套的剖面结构示意图。

图5显示了步进电机和齿轮的结构示意图。

图6显示了罩壳的结构示意图。

图7显示了夹板的结构示意图。

图8显示了底座的结构示意图。

其中有：

10.中心杆；11.台肩；12.内流道；13.内流道连通孔；

20.旋转夹套；21.外套壳；211.外齿；22.内套壳；221.内流道喷孔；23.环形顶盖；231.外流道喷孔；24.外流道；

30.旋转驱动机构；31.步进电机；32.齿轮；33.罩壳；331.夹套穿孔；

40.夹板；41.集液腔；42.中心杆过孔；43.外流道连通孔；

50.底座；51.外流道液体注入孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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发明和简化描述，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

本发明中的针栓喷注器，主要用于液氧、甲烷推进剂组合的推力可调的液体火箭发动机，两种推进剂液氧和甲烷的流量能同步调节。

如图1所示，一种流量能调节且易安装的针栓喷注器，包括中心杆10、旋转夹套20、旋转驱动机构30、夹板40和底座50。

上述中心杆10、旋转夹套20、夹板40和底座50均优选为回转体。

如图2所示，中心杆的顶部外缘优选设置有台肩11。

中心杆的中心具有内流道12，内流道中的推进剂优选为液氧或甲烷。

中心杆底部沿周向均匀布设有若干个内流道连通孔13，每个内流道连通孔13均与内流道相连通。

旋转夹套同轴套设在中心杆的外周，如图3和图4所示，旋转夹套包括外套壳21、内套壳22和环形顶盖23。

外套壳和内套壳顶部齐平，且通过环形顶盖23密封连接。外套壳、内套壳和环形顶盖围合形成底端开口的外流道24，外流道中流动的推进剂为甲烷或液氧。

进一步，外套壳顶部外壁面优选设置一圈外齿211。

环形顶盖沿周向均匀布设有若干个外流道喷孔231，每个外流道喷孔均与外流道相连通。

内套壳底部沿周向设置有与内流道连通孔数理相等的内流道喷孔221，内流道喷孔221与内流道连通孔位置等高，且一一对应。

旋转夹套能在旋转驱动机构的作用下沿自身轴线旋转。

如图1、图5和图6所示，旋转驱动机构优选包括步进电机31、齿轮32和罩壳33。步进电机安装在夹板下端面，齿轮套装在步进电机的电机轴上，且与外套壳上的外齿相啮合。

上述罩壳优选安装在夹板底部，中心设置有夹套穿孔331，用于套设在旋转夹套外周，并将步进电机和齿轮罩设在内。罩壳优选采用耐高温材质制成，从而在为旋转夹套提供轴向支撑定位的同时，还能为步进电机和齿轮提供热防护。

进一步，夹套穿孔331的直径大于外套壳的外径，但小于外齿的外径，从而使得罩壳底部对旋转夹套的外齿底端进行支撑，实现旋转夹套的轴向定位。

夹板中心优选设置有中心杆过孔42，用于同轴套装在位于夹套顶部的中心杆外周。如图7所示，夹板中心具有集液腔41，从而为外流道提供压力稳定的推进剂。

位于中心杆外周的集液腔底部沿周向均匀布设有与外流道喷孔数量相等的外流道连通孔43。

进一步，每个外流道连通孔均优选为矩形孔。针对同样直径大小的圆孔，矩形的等效面积比圆大，因此采用矩形时，可以减少孔的数目，增加连接面积，增强结构的稳定性。

底座套设在位于夹板顶部的中心杆外周，如图8所示，底座上设置有外流道液体注入孔51，用于向集液腔注入推进剂。

中心杆上的台肩搭设在底座顶部，用于对中心杆进行轴向定位。

当旋转夹套旋转，外流道喷孔对外流道连通孔形成封堵时，内流道喷孔对内流道连通孔也形成封堵。当旋转夹套继续旋转，外流道喷孔对外流道连通孔形成部分连通时，内流道喷孔对内流道连通孔也形成部分连通；随着旋转夹套继续的连续旋转，使得外流道中的推进剂和内流道中的推进剂流量，实现同步连续调节。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。