一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置

摘要

本发明公开的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置，涉及用于火箭发动机的二次流体喷射推力调节装置，属于流体喷射的变推力发动机领域。本发明包括固定螺栓螺母、端面前置密封O型圈、侧面密封O型圈、二次射流注入装置、喷管、端面后置密封O型圈、喷管固定装置、安装拆卸螺钉和喷射腔，外围设备包括发动机收敛段。本发明可实现试验发动机二次流体喷射喷管的可更换，通过根据实际需求更换不同的喷管实现不同的喷射方案，实现对发动机推力大小和方向的调节效果。本发明还可用于研究不同喷射方案对发动机推力调节效率的影响，优化喷射方案。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置，尤其涉及一种 用于火箭发动机的二次流体喷射推力调节装置，属于流体喷射的变推力发动机 领域。

背景技术

二次流体喷射是指通过注射二次射流到发动机喷管喉部或者喷管扩张段的 主流中，二次射流和主流发生相互作用，改变主流流动状况，从而改变发动机 推力的大小和方向。

通过改变喷管喉部面积来调节推力是固体火箭发动机推力调节技术领域的 一个研究分支。在固定喷管型面的条件下，改变喉部面积的方法主要有机械和 涡流阀两种方法。

机械方法主要是带可移动的喉拴，通过喉拴的移动来改变喉部面积。该方 法主要适用于小型的固体火箭发动机。因为驱动喉拴要有相应的传动伺服机构， 因而用于大型固体火箭发动机时，喉拴的尺寸会增大，使附加结构质量大大增 加并且转动部件的存在也降低了该方法的可靠性。另外，机械方法仅能调节推 力大小，不能调节推力方向。

涡流阀方案是在燃烧室喷管入口处切向地喷入二次射流，使主流产生回旋 从而减小流通面积，进而调节推力大小。该方案在燃烧室内须要放置一个中心 分流体，会增加结构质量，并且回旋容易增加燃烧室内颗粒的沉积。另外，回 旋也会使喷管出口处喷流的径向动量增加，造成推力系数降低，同时，涡流阀 方案仅能调节推力大小，不能调节推力方向。

二次流体喷射方案既能进行推力的大小控制，也能进行推力的方向调节， 极大的提高系统的应用效率。该方案没有移动部件，可靠性高；可整合推力大 小控制和矢量控制系统，使发动机系统简化。二次射流如果在喉部对称的喷入 则起到调节喉道面积的作用，改变推力大小；如果在喉部附近非对称的喷入， 则会使喷管音速面倾斜，使主流在亚音速区就产生偏转，从而改变推力的方向； 如果在喷管扩张段非对称的喷入，则会形成诱导激波，改变推力方向。同时， 二次射流的排出本身可提供额外的推力。另外，不同状态的工质也会对发动机 的推力产生的不同效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现试验发动机二次流体喷射喷管的可更换， 通过根据实际需求更换不同的喷管实现不同的喷射方案，实现对发动机推力大 小和方向的不同的调节效果。本发明公开的一种可更换喷管的二次流体喷射推 力调节装置可用于研究不同喷射方案对发动机推力调节效率的影响，优化喷射 方案。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置，包括固定螺 栓螺母、端面前置密封O型圈、侧面密封O型圈、二次射流注入装置、喷管、 端面后置密封O型圈、喷管固定装置、安装拆卸螺钉和喷射腔。外围设备包括 发动机收敛段。

所述的二次射流注入装置用于引入二次射流到喷射腔。二次射流注入装置 对称固定连接在喷管固定装置的两侧，用于抵消二次射流通过二次射流注入装 置注入喷射腔对发动机推力产生的影响。

所述的喷射腔是由喷管和喷管固定装置形成的环形空腔，用于使二次射流 在空腔内形成稳定压强的气流或者液流，使得通过不同位置的二次射流喷射通 道注入喷管喉部或者喷管扩张段的气流或者液流压强相同，在所述的喷射腔有 用于与二次射流注入装置相连接的孔。

所述的喷管是在已有的喷管结构上设有与喷射空腔相通二次射流喷射通 道，所述的二次射流喷射通道外侧与喷射腔相通，所述的二次射流喷射通道内 侧与喷管喉部或喷管扩张段相通。所述的喷管主流流通内型面包括喷管收敛段、 喷管喉部、喷管扩张段。所述的喷管收敛段形状与发动机收敛段相适配。

所述的喷管固定装置用于固定喷管，具有配合密封，形成喷射腔的作用。 所述的喷管固定装置设有与二次射流注入装置相连接的通孔。为方便喷管拆卸， 所述的喷管固定装置上部流体出口的孔径比喷管扩张段孔径大。所述的喷管固 定装置内侧面具有凸台用于与喷管的侧面密封。所述的喷管固定装置与发动机 收敛段固定连接，所述的发动机收敛段与喷管收敛段相通。

所述的固定螺栓螺母用于喷管固定装置与发动机收敛段固定连接。

所述的安装拆卸螺钉用于喷管和喷管固定装置的定位、锁紧、密封效果调 节。

所述的端面前置密封O型圈、侧面密封O型圈、端面后置密封O型圈起到 密封作用。

所述的端面前置密封O型圈放置在喷管前端面的凹槽内，通过拧紧固定螺 栓螺母，调节喷管前端面与发动机收敛段凸台之间的缝隙，挤压前置端面O型 密封圈，从而达到密封的效果，防止主流气体从喷管前端面和发动机收敛段的 前端面泄漏，发动机收敛段的凸台用于轴向定位。

所述的侧面密封O型圈放置在喷管侧面的凹腔内，通过喷管外侧面与喷管 固定装置内侧面的凸台的挤压达到密封效果，防止二次射流从喷管外侧和喷管 固定装置的内侧缝隙泄漏，同时防止主流气体或者空气进入喷射腔。

所述的端面后置密封O型圈放置在喷管后端面的凹槽内，通过拧紧安装拆 卸螺钉，调节喷管后端面与喷管固定装置内端面之间的缝隙，挤压端面后置密 封O型圈，从而达到密封的效果，防止二次射流从喷管的后端面与喷管固定装 置的内端面之间的缝隙泄漏，同时防止空气从此处进入喷射腔。

本发明的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置的工作过程为：

发动机正常工作时,主流气体通过发动机收敛段,喷管和喷管固定装置膨胀 加速,产生推力；当需要改变推力大小和方向时,二次射流通过二次射流注入装 置对称注入的喷射腔，可以抵消二次射流注入喷射腔对发动机推力产生的影响， 二次射流在喷射腔形成稳定压强的气流或者液流，再均匀的射入喷管喉部或者 喷管扩展段，从而与主流气体挤压或者发生化学反应，实现改变发动机推力大 小或方向改变的目的。

当根据实际工作需要改变推力调节效果，改变喷射方案时，喷管更换过程 为，安装方式为：把端面后置密封O型圈和侧面密封O型圈套在喷管相应的位 置，涂抹润滑剂，然后把喷管放在平整的桌面上，放端面后置密封O型圈的一 面冲上，再把喷管固定装置放在喷管上方，放置个安装拆卸螺钉对喷管进行周 向定位，向下压喷管固定装置，待喷管完全挤压进喷管固定装置后，循环拧动 安装拆卸螺钉，调节后置密封O型圈密封效果，待安装拆卸螺钉无法再拧紧为 止。然后将喷管和喷管固定装置的整体翻过来，放置端面前置密封O型圈的一 面冲上，放上端面前置密封O型圈，涂抹润滑剂，再将发动机收敛段安装在喷 管的前端面，拧紧固定螺栓螺母。

拆卸方式：通过拆卸固定螺栓螺母，卸下发动机收敛段，然后卸下个安装 拆卸螺钉，最后通过喷管出口的台阶压出喷管。

有益效果：

1、本发明的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置可以通过喷管的 可更换实现不同的喷射方案，进而实现研究不同喷射方案对发动机推力调节效 率的影响。

2、本发明的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置可以根据实际需 求更换不同的喷管实现不同的喷射方案，进而达到不同的推力调节效果的目的。

附图说明

图1为本发明的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置采用喷管喉 部对称喷施方式的剖视图。

图2为本发明的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置采用喷管扩 张段非对称方式喷射方式的剖视图。

其中：1—发动机收敛段、2—固定螺栓螺母、3—端面前置密封O型圈、4 —侧面密封O型圈、5—二次射流注入装置、6—喷管、7—端面后置密封O型圈、 8—喷管固定装置、9—安装拆卸螺钉、10—喷射腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置采 用喉部对称喷施方式，包括固定螺栓螺母2、端面前置密封O型圈3、侧面密封 O型圈4、二次射流注入装置5、喷管6、端面后置密封O型圈7、喷管固定装置 8、安装拆卸螺钉9、喷射腔10，发动机收敛段1。

所述的二次射流注入装置5用于引入二次射流到喷射腔10。二次射流注入 装置5对称焊接在喷管固定装置8的两侧，用于抵消二次射流通过二次射流注 入装置5注入喷射腔10对发动机推力产生的影响。

所述的喷射腔10是由喷管6和喷管固定装置8形成的环形空腔，用于使二 次射流在空腔内形成稳定压强的气流或者液流，使得通过不同位置的二次射流 喷射通道注入喷管喉部或者喷管扩张段的气流或者液流压强相同，在所述的喷 射腔10有用于与二次射流注入装置5相连接的孔。

所述的喷管6是在已有的喷管结构上设有与喷射空腔10相通二次射流喷射 通道，所述的二次射流喷射通道外侧与喷射腔10相通，所述的二次射流喷射通 道内侧与喷管喉部或喷管扩张段相通。所述的喷管主流流通内型面包括喷管收 敛段、喷管喉部、喷管扩张段。所述的喷管收敛段形状与发动机收敛段相适配。

所述的喷管固定装置8用于固定喷管6，具有配合密封，形成喷射腔10的 作用。所述的喷管固定装置8设有与二次射流注入装置5相连接的通孔。为方 便喷管拆卸，所述的喷管固定装置8上部出口的孔径比喷管扩张段孔径大。所 述的喷管固定装置8内侧面具有凸台用于与喷管6的侧面密封。所述的喷管固 定装置8与发动机收敛段1固定连接，所述的发动机收敛段1与喷管收敛段相 通。

所述的固定螺栓螺母2用于喷管固定装置8与发动机收敛段1固定连接。

所述的安装拆卸螺钉9用于喷管6和喷管固定装置8的定位、锁紧、密封 效果调节。

所述的端面前置密封O型圈3、侧面密封O型圈4、端面后置密封O型圈7 起到密封作用。

所述的端面前置密封O型圈3放置在喷管6前端面的凹槽内，通过拧紧固 定螺栓螺母2，调节喷管6前端面与发动机收敛段1凸台之间的缝隙，挤压前置 端面O型密封圈3，从而达到密封的效果，防止主流气体从喷管6前端面和发动 机收敛段1的前端面泄漏，发动机收敛段1的凸台用于轴向定位的。

所述的侧面密封O型圈4放置在喷管6侧面的凹腔内，通过喷管6外侧面 与喷管固定装置8内侧面的凸台的挤压达到密封效果，防止二次射流从喷管6 外侧和喷管固定装置8的内侧缝隙泄漏，同时防止主流气体或者空气进入喷射 腔10。

所述的端面后置密封O型圈7放置在喷管6后端面的凹槽内，通过拧紧安 装拆卸螺钉9，调节喷管6后端面与喷管固定装置8内端面之间的缝隙，挤压端 面后置密封O型圈7，从而达到密封的效果，防止二次射流从喷管6的后端面与 喷管固定装置8的内端面之间的缝隙泄漏，同时防止空气从此处进入喷射腔10。

本实施例的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置的工作过程为：

发动机正常工作时,主流气体通过发动机收敛段1,喷管6和喷管固定装置8 膨胀加速,产生推力；当需要改变推力大小和方向时,二次射流通过二次射流注 入装置5对称注入的喷射腔10，可以抵消二次射流注入喷射腔10对发动机推力 产生的影响，二次射流在喷射腔10形成稳定压强的气流或者液流，再均匀的射 入喷管喉部或者喷管扩展段，从而与主流气体挤压或者发生化学反应，实现改 变发动机推力大小或方向改变的目的。

当根据实际工作需要改变推力调节效果，改变喷射方案时，喷管6更换过 程为，安装方式为：把端面后置密封O型圈7和侧面密封O型圈4放在喷管6 相应的位置，涂抹润滑剂，然后把喷管6放在平整的桌面上，放端面后置密封O 型圈7的一面冲上，然后把喷管固定装置8放在喷管6上方，放置安装拆卸螺 钉9对喷管进行周向定位，向下压喷管固定装置8，待喷管6完全挤压进喷管固 定装置8后，循环拧动安装拆卸螺钉9，调节后置密封O型圈7密封效果，待安 装拆卸螺钉9无法再拧紧为止。然后将喷管6和喷管固定装置8的整体翻过来， 放置端面前置密封O型圈3的一面冲上，放上端面前置密封O型圈3，涂抹润滑 剂，再将发动机收敛段1安装在喷管的前端面，拧紧固定螺栓螺母2。

拆卸方式：通过拆卸固定螺栓螺母2，卸下发动机收敛段1，然后卸下安装 拆卸螺钉9，最后通过喷管6出口的台阶压出喷管6。

实施例2：

如图2所示，本实施例的发动机二次射流喷射可更换喷管调节结构采用喷 管扩张段非对称方式喷射，包括固定螺栓螺母2、端面前置密封O型圈3、侧面 密封O型圈4、二次射流注入装置5、喷管6、端面后置密封O型圈7、喷管固 定装置8、安装拆卸螺钉9、喷射腔10，发动机收敛段1。

所述的二次射流注入装置5用于引入二次射流到喷射腔10。二次射流注入 装置5对称焊接在喷管固定装置8的两侧，用于抵消二次射流通过二次射流注 入装置5注入喷射腔10对发动机推力产生的影响。

所述的喷射腔10是由喷管6和喷管固定装置8形成的环形空腔，用于使二 次射流在空腔内形成稳定压强的气流或者液流，使得通过不同位置的二次射流 喷射通道注入喷管喉部或者喷管扩张段的气流或者液流压强相同，在所述的喷 射腔10有用于与二次射流注入装置5相连接的孔。

所述的喷管6是在已有的喷管结构上设有与喷射空腔10相通二次射流喷射 通道，所述的二次射流喷射通道外侧与喷射腔10相通，所述的二次射流喷射通 道内侧与喷管喉部或喷管扩张段相通。所述的喷管主流流通内型面包括喷管收 敛段、喷管喉部、喷管扩张段。所述的喷管收敛段形状与发动机收敛段相适配。

所述的喷管固定装置8用于固定喷管6，具有配合密封，形成喷射腔10的 作用。所述的喷管固定装置8设有与二次射流注入装置5相连接的通孔。为方 便喷管拆卸，所述的喷管固定装置8上部出口的孔径比喷管扩张段孔径大。所 述的喷管固定装置8内侧面具有凸台用于与喷管6的侧面密封。所述的喷管固 定装置8与发动机收敛段1固定连接，所述的发动机收敛段1与喷管收敛段相 通。

所述的固定螺栓螺母2用于喷管固定装置8与发动机收敛段1固定连接。

所述的安装拆卸螺钉9用于喷管6和喷管固定装置8的定位、锁紧、密封 效果调节。

所述的端面前置密封O型圈3、侧面密封O型圈4、端面后置密封O型圈7 起到密封作用。

所述的端面前置密封O型圈3放置在喷管6前端面的凹槽内，通过拧紧固 定螺栓螺母2，调节喷管6前端面与发动机收敛段1凸台之间的缝隙，挤压前置 端面O型密封圈3，从而达到密封的效果，防止主流气体从喷管6前端面和发动 机收敛段1的前端面泄漏，发动机收敛段1的凸台用于轴向定位的。

所述的侧面密封O型圈4放置在喷管6侧面的凹腔内，通过喷管6外侧面 与喷管固定装置8内侧面的凸台的挤压达到密封效果，防止二次射流从喷管6 外侧和喷管固定装置8的内侧缝隙泄漏，同时防止主流气体或者空气进入喷射 腔10。

所述的端面后置密封O型圈7放置在喷管6后端面的凹槽内，通过拧紧安 装拆卸螺钉9，调节喷管6后端面与喷管固定装置8内端面之间的缝隙，挤压端 面后置密封O型圈7，从而达到密封的效果，防止二次射流从喷管6的后端面与 喷管固定装置8的内端面之间的缝隙泄漏，同时防止空气从此处进入喷射腔10。

本实施例的一种可更换喷管的二次流体喷射推力调节装置的工作过程为：

发动机正常工作时,主流气体通过发动机收敛段1,喷管6和喷管固定装置8 膨胀加速,产生推力；当需要改变推力大小和方向时,二次射流通过二次射流注 入装置5对称注入的喷射腔10，可以抵消二次射流注入喷射腔10对发动机推力 产生的影响，二次射流在喷射腔10形成稳定压强的气流或者液流，再均匀的射 入喷管喉部或者喷管扩展段，从而与主流气体挤压或者发生化学反应，实现改 变发动机推力大小或方向改变的目的。

当根据实际工作需要改变推力调节效果，改变喷射方案时，喷管6更换过 程为，安装方式为：把端面后置密封O型圈7和侧面密封O型圈4放在喷管6 相应的位置，涂抹润滑剂，然后把喷管6放在平整的桌面上，放端面后置密封O 型圈7的一面冲上，然后把喷管固定装置8放在喷管6上方，放置安装拆卸螺 钉9对喷管进行周向定位，向下压喷管固定装置8，待喷管6完全挤压进喷管固 定装置8后，循环拧动安装拆卸螺钉9，调节后置密封O型圈7密封效果，待安 装拆卸螺钉9无法再拧紧为止。然后将喷管6和喷管固定装置8的整体翻过来， 放置端面前置密封O型圈3的一面冲上，放上端面前置密封O型圈3，涂抹润滑 剂，再将发动机收敛段1安装在喷管的前端面，拧紧固定螺栓螺母2。

拆卸方式：通过拆卸固定螺栓螺母2，卸下发动机收敛段1，然后卸下安装 拆卸螺钉9，最后通过喷管6出口的台阶压出喷管6。

以上实施例仅为本发明的两个具体实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。