阅读说明：本技术 一种无焊缝液体火箭发动机喷注器 (Weldless injector for liquid rocket engine ) 是由 周伟 卢明 黄仕启 季凤来 金富贵 邢斌 付军锋 刘洋 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无焊缝液体火箭发动机喷注器,包括固定盘、面板、氧喷嘴、氧喷嘴扣合装置、点火管和燃料喷嘴,固定盘上开设有与氧腔对接的第一凹槽和用于与燃料腔对接的第二凹槽,点火管设置在固定盘的盘心,第一凹槽的底部开设有多个第一通孔,第一通孔呈多个同心的圆圈排列,第二凹槽的底部加工有氧喷嘴,氧喷嘴中开设有氧化剂流道,氧喷嘴扣合装置放置在第一通孔中,氧喷嘴扣合装置上设置有连通通道将氧腔与氧化剂流道连通,面板上开设有第二通孔,面板扣合在第二凹槽上形成燃料腔,面板的另一侧为燃烧室,燃料喷嘴从第二通孔中穿过固定在氧喷嘴上。从而避免喷注器焊缝多,避免焊接工艺复杂,避免焊缝存在窜腔风险,避免无法拆卸维修。(The invention discloses a weldless liquid rocket engine injector, which comprises a fixed disk, a panel, an oxygen nozzle buckling device, an ignition tube and a fuel nozzle, wherein the fixed disk is provided with a first groove butted with an oxygen cavity and a second groove butted with the fuel cavity, the ignition tube is arranged in the center of the fixed disk, the bottom of the first groove is provided with a plurality of first through holes which are arranged in a plurality of concentric circles, the bottom of the second groove is provided with the oxygen nozzle, the oxygen nozzle is provided with an oxidant flow passage, the oxygen nozzle buckling device is arranged in the first through holes, the oxygen nozzle buckling device is provided with a communicating channel for communicating the oxygen cavity with the oxidant flow channel, the panel is provided with a second through hole, the panel is buckled on the second groove to form a fuel cavity, the other side of the panel is a combustion chamber, and the fuel nozzle penetrates through the second through hole and is fixed on the oxygen nozzle. Therefore, the injector is prevented from having more welding lines, the welding process is prevented from being complex, the cavity fleeing risk of the welding lines is avoided, and the injector cannot be disassembled for maintenance.)

一种无焊缝液体火箭发动机喷注器

技术领域

本发明涉及火箭发动机喷注器技术领域，尤其涉及一种无焊缝液体火箭发动机喷注器。

背景技术

液体火箭发动机喷注器的作用是将氧化剂和燃料以特定的方式喷入燃烧室，完成雾化、蒸发、混合燃烧过程。

喷注器由氧化剂喷嘴、燃料喷嘴、面板、中底等零件组成。国内目前的主发动机燃烧装置喷注器零件之间均采用焊接方式进行连接，单个喷嘴焊缝数量至少在2条以上，对于液体火箭主发动机推力室，整个喷注器的焊缝数量达到数百条甚至数千条。

焊缝数量多带来两个问题：1、喷嘴之间、喷嘴与其它零件之间的焊缝为钎焊，所有焊缝必须一次钎焊成形，制造工艺复杂，如果一道焊缝不合格就造成整个组件报废；2、喷嘴之间焊缝、二底与连接环之间焊缝均不能进行耐压密封性测试，氧腔和燃料腔存在窜腔引发爆炸的风险；3、燃料喷嘴与面板之间采用翻边铆接或者钎焊连接，喷注器一旦成型，后续工序或者试验过程中喷嘴发生意外损伤，或者有意调整喷嘴方案时，无法进行喷嘴的更换，造成整个喷注器报废。

因此，如何提供一种无焊缝液体火箭发动机喷注器，以避免喷注器焊缝多，避免焊接工艺复杂，避免焊缝存在窜腔风险，避免无法拆卸维修，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无焊缝液体火箭发动机喷注器，以避免喷注器焊缝多，避免焊接工艺复杂，避免焊缝存在窜腔风险，避免无法拆卸维修。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无焊缝液体火箭发动机喷注器，包括固定盘、面板、氧喷嘴、氧喷嘴扣合装置、点火管和燃料喷嘴，其中，

所述固定盘的上端面上开设有用于与氧腔对接的第一凹槽，其下端面上开设有用于与燃料腔对接的第二凹槽，所述第一凹槽的槽壁为用于与喷注器外壳连接的连接环，

所述点火管设置在所述固定盘的盘心，所述点火管中设置有点火剂腔，所述点火剂腔的两端分别与外置点火器和燃烧室连通，

所述第一凹槽的底部开设有多个第一通孔，所述第一通孔呈多个同心的圆圈排列，所述第二凹槽的底部加工有氧喷嘴，所述氧喷嘴中开设有氧化剂流道，所述第一通孔与所述氧化剂流道连通且同轴设置，

所述氧喷嘴与所述固定盘为一体式结构，

所述氧喷嘴扣合装置放置在所述第一通孔中，所述氧喷嘴扣合装置上设置有连通通道将所述氧腔与所述氧化剂流道连通，

所述面板上开设有第二通孔，所述面板扣合在所述第二凹槽上形成所述燃料腔，所述面板的另一侧为燃烧室，所述燃料喷嘴从所述第二通孔中穿过固定在所述氧喷嘴上，

所述燃料喷嘴沿自身轴线开设有第三通孔，所述第三通孔内设置有环形凸台，所述燃料喷嘴的壁体上且位于所述环形凸台和所述燃料喷嘴的嘴口之间设置有一至多个径向通孔，所述第三通孔中且位于所述环形凸台的远离所述燃料喷嘴的嘴口的一侧具有内螺纹，

所述氧喷嘴的外圆为台阶式结构，包括大圆外壁和小圆外壁，所述大圆外壁上具有与所述内螺纹配合使用的外螺纹，所述小圆外壁穿过所述环形凸台后与所述第三通孔的内壁之间具有间隙。

优选的，上述氧喷嘴扣合装置为氧喷嘴顶盖，所述氧喷嘴顶盖包括作为旋流室的沉孔，所述氧喷嘴顶盖的壁体上开设有一至多个切向孔与所述沉孔连通，

当所述氧喷嘴顶盖放置在所述第一通孔中时，所述沉孔与所述氧化剂流道连通，所述切向孔露出在所述第一凹槽中与所述氧腔连通。

优选的，上述切向孔与所述第一通孔螺纹连接，

所述切向孔的旋流方向与螺纹连接拧紧方向一致。

优选的，上述切向孔的数量为2-6个。

优选的，上述氧喷嘴扣合装置为氧喷嘴环，所述氧喷嘴环包括连通的节流孔和第四通孔，所述节流孔和所述第四通孔同轴设置，所述第四通孔与所述氧化剂流道连通。

优选的，上述第一通孔的底部为锥形孔，所述锥形孔与所述氧化剂流道连通，

所述锥形孔的大径小于所述第一通孔的直径，所述第一通孔与所述锥形孔之间具有用于限位所述氧喷嘴扣合装置的限位平面。

优选的，上述氧喷嘴扣合装置与所述第一通孔螺纹连接。

优选的，上述第一通孔的圈数为1-10圈。

优选的，上述第二通孔为倒T型通孔，包括位于所述燃料腔一侧的小径孔和位于所述燃烧室一侧的大径孔，

所述燃料喷嘴为倒T型结构与所述倒T型通孔配合使用。

优选的，上述点火管与所述固定盘为一体式结构。

本发明提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，包括固定盘、面板、氧喷嘴、氧喷嘴扣合装置、点火管和燃料喷嘴，其中，

所述固定盘的上端面上开设有用于与氧腔对接的第一凹槽，其下端面上开设有用于与燃料腔对接的第二凹槽，所述第一凹槽的槽壁为用于与喷注器外壳连接的连接环，

所述点火管设置在所述固定盘的盘心，所述点火管中设置有点火剂腔，所述点火剂腔的两端分别与外置点火器和燃烧室连通，

所述第一凹槽的底部开设有多个第一通孔，所述第一通孔呈多个同心的圆圈排列，所述第二凹槽的底部加工有氧喷嘴，所述氧喷嘴中开设有氧化剂流道，所述第一通孔与所述氧化剂流道连通且同轴设置，

所述氧喷嘴与所述固定盘为一体式结构，

所述氧喷嘴扣合装置放置在所述第一通孔中，所述氧喷嘴扣合装置上设置有连通通道将所述氧腔与所述氧化剂流道连通，

所述面板上开设有第二通孔，所述面板扣合在所述第二凹槽上形成所述燃料腔，所述面板的另一侧为燃烧室，所述燃料喷嘴从所述第二通孔中穿过固定在所述氧喷嘴上，

所述燃料喷嘴沿自身轴线开设有第三通孔，所述第三通孔内设置有环形凸台，所述燃料喷嘴的壁体上且位于所述环形凸台和所述燃料喷嘴的嘴口之间设置有一至多个径向通孔，所述第三通孔中且位于所述环形凸台的远离所述燃料喷嘴的嘴口的一侧具有内螺纹，

所述氧喷嘴的外圆为台阶式结构，包括大圆外壁和小圆外壁，所述大圆外壁上具有与所述内螺纹配合使用的外螺纹，所述小圆外壁穿过所述环形凸台后与所述第三通孔的内壁之间具有间隙。

本发明提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，氧腔中的氧化剂通过氧喷嘴扣合装置上的连通通道进入氧化剂流道，沿氧喷嘴喷入燃烧室。燃料通过燃料喷嘴上的径向通孔进入氧喷嘴和燃料喷嘴之间的环缝形的间隙，在环缝出口处与氧喷嘴中心流出的氧化剂掺混喷入燃烧室进行燃烧。

本发明提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，使得氧腔和燃料腔之间实现了完全隔离，避免了氧化剂和燃料窜腔的可能。

本发明提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，各个零部件之间没有采用焊接方式固定连接，而是采用例如螺纹连接的形式，实现了零件的可更换性，增加了喷注器的可维修性。

从而避免喷注器焊缝多，避免焊接工艺复杂，避免焊缝存在窜腔风险，避免无法拆卸维修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器的结构示意图；

图2为图1的C放大结构示意图；

图3为本发明实施例提供的固定盘的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的固定盘的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的面板的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的氧喷嘴顶盖的结构示意图；

图7为图6的A-A剖视结构示意图；

图8为本发明实施例提供的燃料喷嘴的结构示意图；

图9为图8的B-B剖视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的氧喷嘴环的结构示意图。

上图1-10中：

固定盘1、连接环101、中底102、氧喷嘴103、氧喷嘴安装孔104、燃料喷嘴安装面105、点火管106、氧化剂流道107、燃料腔108、面板2、倒T型通孔201、氧喷嘴顶盖3、切向孔301、旋流室302、燃料喷嘴4、径向通孔401、环形凸台402、外凸台403、间隙404、第三通孔405、氧喷嘴环5、节流孔501。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图10，图1为本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器的结构示意图；图2为图1的C放大结构示意图；图3为本发明实施例提供的固定盘的结构示意图；图4为本发明实施例提供的固定盘的俯视结构示意图；图5为本发明实施例提供的面板的结构示意图；图6为本发明实施例提供的氧喷嘴顶盖的结构示意图；图7为图6的A-A剖视结构示意图；图8为本发明实施例提供的燃料喷嘴的结构示意图；图9为图8的B-B剖视结构示意图；图10为本发明实施例提供的氧喷嘴环的结构示意图。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，包括固定盘1、面板2、氧喷嘴103、氧喷嘴扣合装置、点火管106和燃料喷嘴4，其中，

固定盘1的上端面上开设有用于与氧腔对接的第一凹槽，其下端面上开设有用于与燃料腔108对接的第二凹槽，第一凹槽的槽壁为用于与喷注器外壳连接的连接环101，

点火管106设置在固定盘1的盘心，点火管106中设置有点火剂腔，点火剂腔的两端分别与外置点火器和燃烧室连通，

第一凹槽的底部开设有多个第一通孔，第一通孔呈多个同心的圆圈排列，如图4所示，第二凹槽的底部加工有氧喷嘴103，氧喷嘴103中开设有氧化剂流道107，第一通孔与氧化剂流道107连通且同轴设置，

氧喷嘴103与固定盘1为一体式结构，

氧喷嘴扣合装置放置在第一通孔中，氧喷嘴扣合装置上设置有连通通道将氧腔与氧化剂流道107连通，

面板2上开设有第二通孔，面板2扣合在第二凹槽上形成燃料腔108，面板2的另一侧为燃烧室，燃料喷嘴4从第二通孔中穿过固定在氧喷嘴103上，燃料喷嘴4沿自身轴线开设有第三通孔405，第三通孔405内设置有环形凸台402，燃料喷嘴4的壁体上且位于环形凸台402和燃料喷嘴4的嘴口之间设置有一至多个径向通孔401，第三通孔405中且位于环形凸台402的远离燃料喷嘴4的嘴口的一侧具有内螺纹，

氧喷嘴103的外圆为台阶式结构，包括大圆外壁和小圆外壁，大圆外壁上具有与内螺纹配合使用的外螺纹，小圆外壁穿过环形凸台402后与第三通孔405的内壁之间具有间隙404。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，氧腔中的氧化剂通过氧喷嘴扣合装置上的连通通道进入氧化剂流道107，沿氧喷嘴103喷入燃烧室。燃料通过燃料喷嘴4上的径向通孔401进入氧喷嘴103和燃料喷嘴4之间的环缝形的间隙404，在环缝出口处与氧喷嘴103中心流出的氧化剂掺混喷入燃烧室进行燃烧。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，使得氧腔和燃料腔108之间实现了完全隔离，避免了氧化剂和燃料窜腔的可能。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，各个零部件之间没有采用焊接方式固定连接，而是采用例如螺纹连接的形式，实现了零件的可更换性，增加了喷注器的可维修性。

从而避免喷注器焊缝多，避免焊接工艺复杂，避免焊缝存在窜腔风险，避免无法拆卸维修。

为了进一步优化上述方案，氧喷嘴扣合装置为氧喷嘴顶盖3，氧喷嘴顶盖3包括作为旋流室302的沉孔，氧喷嘴顶盖3的壁体上开设有一至多个切向孔301与沉孔连通，

当氧喷嘴顶盖3放置在第一通孔中时，沉孔与氧化剂流道107连通，切向孔301露出在第一凹槽中与氧腔连通。

氧化剂通过切向孔301进入旋流室302，切向孔301的一侧与旋流室302壁面相切，氧腔中的氧化剂通过氧喷嘴顶盖3的切向孔301旋转进入旋流室302，沿氧喷嘴103中心旋转喷入燃烧室。其中，切向孔301的数量为2-6个，以4个为最优。

为了进一步优化上述方案，切向孔301与第一通孔螺纹连接，切向孔301的旋流方向与螺纹连接拧紧方向一致。工作时在流体压力作用下能够实现自紧防松。

为了进一步优化上述方案，氧喷嘴扣合装置为氧喷嘴环5，氧喷嘴环5包括连通的节流孔501和第四通孔，节流孔501和第四通孔同轴设置，第四通孔与氧化剂流道107连通。

氧喷嘴扣合装置可以为氧喷嘴顶盖3，也可以为氧喷嘴环5。具体的，可以为使用离心氧喷嘴方案时，采用氧喷嘴顶盖3。使用直流氧喷嘴方案时，采用氧喷嘴环5。

为了进一步优化上述方案，第一通孔的底部为锥形孔，锥形孔与氧化剂流道107连通，锥形孔的大径小于第一通孔的直径，第一通孔与锥形孔之间具有用于限位氧喷嘴扣合装置的限位平面。氧喷嘴扣合装置与第一通孔螺纹连接。限位平面能够使得氧喷嘴扣合装置深入到限定位置。

其中，第一通孔的圈数为1-10圈。

为了进一步优化上述方案，第二通孔为倒T型通孔201，包括位于燃料腔108一侧的小径孔和位于燃烧室一侧的大径孔，燃料喷嘴4为倒T型结构与倒T型通孔201配合使用。

其中，点火管106与固定盘1为一体式结构。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，可用于航空航天火箭发动机领域，适用于推力室、燃气发生器、预燃室等燃烧装置。目的是为解决现有液体火箭发动机喷注器焊缝多、焊接工艺复杂、焊缝存在窜腔风险、无法拆卸维修的问题。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，包括中底环，即固定盘1、面板2、氧喷嘴顶盖3、燃料喷嘴4。

固定盘1为H型圆盘型结构，中间为分隔氧腔和燃料腔的中底102，圆盘外侧为连接面板和喷注器外壳的连接环101。

中底102在氧腔一侧加工有数个氧喷嘴安装孔104，即第一通孔，中底102在燃料腔一侧加工有氧喷嘴103，氧喷嘴安装孔104和氧喷嘴103一一对应，且中心轴线重合。

氧喷嘴安装孔104底部有锥形孔与氧喷嘴103中的氧化剂流道107连通，锥形孔的大径比氧喷嘴安装孔104内径小，在底部形成一个限位平面。

氧喷嘴103中心孔为直孔，为氧化剂流道107，氧喷嘴103的外圆为台阶式，大圆外壁有螺纹，小圆为光滑外壁。

中底102中心在氧腔和燃料腔两侧均有空心圆管，两侧空心圆管中心轴线对齐，共同构成了点火管106。

固定盘1上的氧喷嘴安装孔104排列采用同心圆排列，每一圈数目根据喷嘴间距确定，喷嘴圈数根据发动机推力大小确定，可以为1～10圈。本实施例中，喷嘴圈数以4圈举例。

面板2为圆盘结构，圆盘上设置倒T型通孔201，倒T型通孔201的数量和位置与中底102上氧喷嘴103对应。燃料腔一侧为小孔，燃烧室一侧为大孔。

氧喷嘴顶盖3为离心式喷嘴，沉孔为旋流室302，靠近沉孔底部开有切向孔301，氧化剂通过切向孔301进入旋流室302。切向孔301的一侧与旋流室302壁面相切，单个氧喷嘴顶盖3的切向孔301数量为2-6个，围绕旋流室302中心均匀分布，旋流方向与螺纹旋入方向一致。氧喷嘴顶盖3的外壁在靠近旋流室302出口的一侧设置外螺纹，用于与氧喷嘴安装孔104连接。

燃料喷嘴4为倒T型结构，内侧通孔中间设置一内凸台，即环形凸台402，环形凸台402上部为螺纹孔，环形凸台402下部为光孔，靠近环形凸台402一截面处设置轴向均布的径向通孔401，径向通孔401数量为4个以上。燃料喷嘴4外侧下部存在外凸台403，形成倒T型结构。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，具有以下效果：

(1)氧腔中的氧化剂通过氧喷嘴顶盖3的切向孔301旋转进入旋流室302，沿氧喷嘴3中心旋转喷入燃烧室。燃料通过燃料喷嘴4上的径向通孔401进入氧喷嘴103和燃料喷嘴4之间的环缝，在环缝出口处与氧喷嘴3中心流出的氧化剂掺混喷入燃烧室进行燃烧。

(2)氧喷嘴103与中底102、连接环101、点火管106为一体化设计，使得氧腔和燃料腔108之间实现了完全隔离，避免了氧化剂和燃料窜腔的可能。

(3)氧喷嘴顶盖3、燃料喷嘴4与固定盘1通过螺纹连接的形式，实现了零件的可更换性，增加了喷注器的可维修性。

(4)氧喷嘴顶盖3中的切向孔301旋流方向与螺纹连接拧紧方向一致，工作时在流体压力作用下实现自紧防松。

(5)氧喷嘴顶盖3为离心式喷嘴，通过更换为氧喷嘴环5，变为直流喷嘴，使得本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器能够适应直流和离心两种方案，或者直流和离心混合喷注方案。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，装配时，将氧喷嘴顶盖3(使用离心氧喷嘴方案时)或者氧喷嘴环5(使用直流氧喷嘴方案时)从氧腔一侧拧入固定盘1上的氧喷嘴安装孔104中，并使得喷嘴开口端面与孔底面接触，安装拧紧力矩控制8-12N.m。

将面板2从燃烧室一侧放入固定盘1中，面板2的中心孔与点火管106为台阶面对接，面板2的外圆嵌入第二凹槽的槽壁上的台阶中，也是台阶面对接，旋转面板2，使得倒T型通孔201与氧喷嘴103对齐。

将燃料喷嘴4从燃料腔108一侧拧入氧喷嘴103的燃料喷嘴安装面105上，并使得环形凸台402与燃料喷嘴安装面105的端面贴合，将拧紧力矩控制在8-10N.m。

如图6、7所示，通过改变氧喷嘴顶盖3尺寸d2、d3大小，来调节离心氧喷嘴的雾化特性参数；如图8所示，通过改变燃料喷嘴4的尺寸L2的大小，来调节喷嘴缩进深度的大小，进而改变喷嘴的燃烧特性；通过改变燃料喷嘴4的尺寸d1的大小，来调节燃料喷嘴4环缝间隙的宽度大小，从而改变燃料喷嘴4的流阻特性。

本发明实施例提供的无焊缝液体火箭发动机喷注器，在工作过程中出现喷嘴或者面板2烧蚀，需要调整方案时，可以将燃料喷嘴4拆下，更换新的燃料喷嘴4或者面板2。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。