CN106640423B - 小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，包括推力室壳体槽道、Z字形环状节流孔板和电磁阀，所述推力室壳体槽道上设置有推进剂进口孔和出口孔，并设置有用于安装Z字形环状节流孔板的推力室阀前环形集液腔，所述阀前环形集液腔处于电磁阀进口之前，所述电磁阀后可选择性安装阀后节流孔板。本发明具有深度节流的能力，且具有整流效果好、结构紧凑、抑制水击、工艺性好的特点。

Description

小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置

技术领域

本发明涉及一种小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置。

背景技术

流体流阻调节的主要内容是通过特定的调节手段，实现流体元器件工作参数的调整、流量测量、水击抑制以及元器件流动特性个体差异补偿和匹配等。

近年来，南京工业大学研究了多路换向阀中异形阀口的节流特性，其中U形阀口在开度较大时容易发生流量饱和，而V形阀口对流量的可控性较强。同济大学在对比研究了多种异形节流截面形状后，提出了一种新型圆柱形变截面缓冲结构，研究表明，该结构具有缓冲效果好、设计计算方便、结构简单、加工方便的优点，能够应用于大多数液压油缸的设计。在化工领域，天津化工设计院针对大尺度管道流动，基于传统标准单孔孔板结构，开展了多孔孔板的研究，通过增设函数孔，形成流动的对称结构，抑制了涡流，从而提高流场的稳定性，降低流动的振动和噪声。在航天器空间推进技术领域，目前相关的研究工作主要集中在气路减压阀的研究上，气路减压阀是设计非常巧妙的气体节流与控制组件，通过高压腔、低压腔以及低压调节腔的设计，形成压力反馈机制，自动实现高压气体的节流和稳定。关于液路节流孔板的研究极少，各型号大多采用标准单孔孔板结构，根据具体的安装形式，设计合适的外圆尺寸、孔板厚度，根据节流参数，设计合理的节流孔孔径和长径比，必要时在孔板外缘集成设计螺纹安装结构。上海空间推进研究所针对某小推力发动机模块机组，进行了节流孔板安装形位公差的研究，得到了特定结构下，孔板两端面平行度、安装间隙大小等参数对节流稳定性的影响。上海空间推进研究所以某型号大批量生产需求为牵引，开展了节流孔流阻影响因素的分析与试验，结果显示节流孔径及其公差是影响流阻变化的主要因素，且当节流孔径逐渐增大时，孔径公差对流阻的影响越来越小，收严节流孔径的公差能提高节流圈流阻的一致性。

随着航天器日益向小型化、高精度、模块化、型谱化方向发展，传统的小推力液体姿控发动机机组液路节流孔板方案面临诸多挑战，比如，传统节流孔板，对于微小流量的适应性差，节流能力不足，孔板微小型化之后，调试操作的工艺性差，且节流的性能不稳定；传统节流孔板，无法实现深度节流，严重制约了发动机组件在不同型号之间的通用化；传统节流孔板，受其圆盘形外形的影响，一般安装在阀后，在高压系统中起不到弱化水击的作用，如果要安装在阀前，则需要专门的机械接口，结构复杂。迫切需要开发新型节流装置，满足航天器空间推进技术发展的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，具有深度节流的能力，且具有整流效果好、结构紧凑、抑制水击、工艺性好的特点。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，包括推力室壳体槽道、Z字形环状节流孔板和电磁阀，所述推力室壳体槽道上设置有推进剂进口孔和出口孔，并设置有用于安装Z字形环状节流孔板的推力室阀前环形集液腔，所述阀前环形集液腔处于电磁阀进口之前，所述电磁阀后可选择性安装阀后节流孔板。

所述推进剂进口孔为一个细长孔，一端连接推进剂供应系统，一端与推力室阀前环形集液腔连通，推力室阀前环形集液腔是一个环形槽道，用于安装Z字形环状节流孔板，推进剂出口孔为两个小孔连接而成，两孔轴线成90度角。

所述推力室壳体槽道包括一个台阶孔结构的阀门安装槽。

所述Z字形环状节流孔板上设置有外定位环、内定位环、锥形分割环和节流小孔，所述Z字形环状节流孔板安装在推力室壳体槽道的阀前环形集液腔内，阀前环形集液腔处于电磁阀进口之前，所述外定位环为一个薄壁圆柱结构，所述外定位环的薄壁圆柱结构的外壁面与推力室阀前环形集液腔的外壁面间隙配合，所述外定位环的薄壁圆柱结构的一个端面与锥形分割环连接成一体，另一端与电磁阀的进口面贴合，所述内定位环也是一个薄壁圆柱结构，所述内定位环的薄壁圆柱结构的内壁面与推力室阀前环形集液腔内壁面间隙配合，所述内定位环的薄壁圆柱结构的一个端面与锥形分割环连接成一体，另一端而与推力室阀前环形集液腔的封闭端贴合。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述推进剂进口孔的孔径为0.15～0.5mm。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述环形槽道的内径尺寸为6～10mm，外径尺寸为9～15mm。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述Z字形环状节流孔板的外定位环和内定位环共同起到Z字形环状节流孔板的轴向和径向两个维度的固定和限位作用。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述锥形分割环将所述推力室阀前环形集液腔一分为二。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述节流小孔分布在锥形分割环的锥面上。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述锥形分割环的厚度为节流小孔最大孔径的3倍以上，锥角选取在20度至160度之间。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述节流小孔包括单孔、多孔或组合孔布局。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述节流小孔的布局采取多种孔径、多种布局、多个数目的方案。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述Z字形环状节流孔板与电磁阀传统的阀后节流孔板组合使用。

进一步的，在上述流阻调节装置中，所述Z字形环状节流孔板的尺寸比传统的阀后节流孔板大4～5倍。

与现有技术相比，本发明具有深度节流的能力，且具有整流效果好、结构紧凑、抑制水击、工艺性好的特点。本发明由于设计了Z字形环状节流孔板，增加了节流孔设计和布局的自由度，有利于提高节流能力和节流的稳定性，Z字形环状节流孔板与推力室阀前环形集液腔配合使用，方便可靠地实现了阀前节流方案，有利于抑制高压系统的水击效应，确保发动机工作平稳可靠。Z字形环状节流孔板与电磁阀传统的阀后节流孔板配合使用，可以实现小推力发动机的深度节流，提升了发动机的通用化程度，同时，也可以实现微小推力发动机微小流量的有效节流。Z字形环状节流孔板的尺寸比传统孔板大4～5倍，且不需要螺纹连接和专门的固定装置，孔板安装和调试的工艺性好。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一实施例的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置的装配图；

图2是本发明一实施例的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置的推力室壳体槽道结构图；

图3是本发明一实施例的Z字形环状节流孔板结构的截面图；

图4是本发明一实施例的Z字形环状节流孔板结构的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，包括推力室壳体槽道1、Z字形环状节流孔板2和电磁阀3，其中，

图2所示，推力室壳体槽道1上设置有推进剂进口孔4、推力室阀前环形集液腔5、阀门安装槽6和推进剂出口7。推进剂进口孔4为一个细长孔，一端连接推进剂供应系统，一端与推力室阀前环形集液腔5连通。推力室阀前环形集液腔5是一个环形槽道，用于安装Z字形环状节流孔板2。阀门安装槽6为一个台阶孔结构，推进剂出口孔7为两个小孔连接而成，两孔轴线成90度角。在此，推进剂进口孔、环形集液腔、出口孔、阀门安装槽集成设计在推力室壳体上，布局紧凑、结构简单。

图3、图4所示，Z字形环状节流孔板2上设置有外定位环8、内定位环9、锥形分割环10和节流小孔11。Z字形环状节流孔板2安装在推力室壳体槽道1的阀前环形集液腔5内，阀前环形集液腔5处于电磁阀3进口之前。外定位环8为一个薄壁圆柱结构，外定位环8的薄壁圆柱结构的外壁面与推力室阀前环形集液腔5的外壁面间隙配合。外定位环8的薄壁圆柱结构的一个端面与锥形分割环10连接成一体，另一端与电磁阀3的进口面贴合。内定位环9也是一个薄壁圆柱结构，内定位环9的薄壁圆柱结构的内壁面与推力室阀前环形集液腔5内壁面间隙配合。内定位环9的薄壁圆柱结构的一个端面与锥形分割环10连接成一体，另一端而与推力室阀前环形集液腔5的封闭端贴合。在此，Z字形环状孔板安装所需的环形集液腔设置在阀前，不属于推力室的滴淌容积，因而不影响发动机的响应时间。Z字形环状孔板安装在阀前，因而阀门入口压力降至最低，有利于降低水击的影响。

本发明的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置的一优选的实施例中，推进剂进口孔4的孔径为0.15～0.5mm。环形槽道的内径尺寸为6～10mm，外径尺寸为9～15mm，保证集液腔开放端正对阀门进口面，集液腔深度由Z字形环状节流孔板的轴向长度确定，同时兼顾推进剂进口布局的可行性。

Z字形环状节流孔板2的外定位环8和内定位环9共同起到Z字形环状节流孔板2的轴向和径向两个维度的固定和限位作用。

锥形分割环10将推力室阀前环形集液腔5一分为二。

节流小孔11分布在锥形分割环10的锥面上。

锥形分割环10的厚度根据设计计算获取，原则是保证其厚度是节流小孔11最大孔径的3倍以上，锥角一般可选取在20度至160度之间，由具体结构确定。

节流小孔11包括单孔、多孔或组合孔布局。

根据节流参数的需求，节流小孔11可以是单孔或按一定分布规律排布的多孔结构，可以是一种孔径或是多种孔径组合分布结构。在此，节流孔布置范围大，允许采取多种孔径、多种布局、多个数目的方案，大大扩展了孔板节流、稳流、流量均衡分配的作用。

Z字形环状节流孔板的尺寸比传统孔板大4～5倍。

Z字形环状节流孔板与电磁阀传统的阀后节流孔板组合使用，实现真空推力小于等于5N的小推力发动机微小流量的有效节流，实现小推力发动机微小流量推进剂的深度节流能力。在此，如果发动机为流量很小的微小推力发动机真空推力小于等于5N，或者小推力发动机需适应不同型号入口压力需求，直接借用现有产品。需进行深度节流时，Z字形环状孔板可与传统的阀后节流孔板配合使用，实现微小流量有效节流和小流量深度节流的功能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，包括推力室壳体槽道、Z字形环状节流孔板和电磁阀，所述推力室壳体槽道上设置有推进剂进口孔和出口孔，并设置有用于安装Z字形环状节流孔板的推力室阀前环形集液腔，所述阀前环形集液腔处于所述电磁阀进口之前，所述电磁阀后安装阀后节流孔板。

2.权利要求1所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述推进剂进口孔为一个细长孔，一端连接推进剂供应系统，一端与推力室阀前环形集液腔连通，推力室阀前环形集液腔是一个环形槽道，用于安装Z字形环状节流孔板，推进剂出口孔为两个小孔连接而成，两孔轴线成90度角。

3.权利要求2所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述Z字形环状节流孔板上设置有外定位环、内定位环、锥形分割环和节流小孔，所述Z字形环状节流孔板安装在推力室壳体槽道的阀前环形集液腔内，所述外定位环为一个薄壁圆柱结构，所述外定位环的薄壁圆柱结构的外壁面与推力室阀前环形集液腔的外壁面间隙配合，所述外定位环的薄壁圆柱结构的一个端面与锥形分割环连接成一体，另一端与电磁阀的进口面贴合，所述内定位环也是一个薄壁圆柱结构，所述内定位环的薄壁圆柱结构的内壁面与推力室阀前环形集液腔内壁面间隙配合，所述内定位环的薄壁圆柱结构的一个端面与锥形分割环连接成一体，另一端而与推力室阀前环形集液腔的封闭端贴合，所述外定位环和内定位环实现Z字形环状节流孔板的轴向和径向两个维度的固定和限位作用，所述节流小孔分布在锥形分割环的锥面上。

4.根据权利要求1所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述环形槽道的内径尺寸为6～10mm，外径尺寸为9～15mm。

5.根据权利要求3所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述锥形分割环将所述推力室阀前环形集液腔一分为二。

6.根据权利要求3所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述锥形分割环的厚度为节流小孔最大孔径的3倍以上，锥角选取在20度至160度之间。

7.根据权利要求3所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述节流小孔包括单孔、多孔或组合孔布局。

8.根据权利要求1所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述节流小孔的布局采取多种孔径、多种布局以及多个数目。

9.根据权利要求1所述的小推力液体姿控发动机机组的流阻调节装置，其特征在于，所述Z字形环状节流孔板的尺寸较电磁阀阀后节流孔板大4～5倍。