CN115306588A - 一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及液体火箭发动机领域，具体公开了一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，法兰结构包括连通于进口集合器外周向的进口法兰，进口法兰内设置有导流筋，导流筋两端分别连接于进口法兰沿着进口集合器轴向上相对的内壁，导流筋呈空心三角形状，导流筋外表面沿进口法兰轴向与法兰壁面近似平行的曲率向进口集合器方向延伸，形成类似于“A”字形剖面的流通通道，将一个进口引导分流至两个出口。法兰出口逐渐由圆形过渡到长椭圆形，使流通截面积逐渐变化，降低了推进剂流通时的局部流阻损失。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，可用于液体火箭发动机领域。
背景技术
液体火箭发动机工作时，推进剂经涡轮泵增压后经输送管路进入推力室的冷却夹套内，去冷却推力室以及组织燃烧产生推力。因此发动机的能量消耗主要为涡轮泵功率消耗和推进剂流动流阻损失。
由于结构尺寸和重量的限制，发动机推力室上的进口集合器内流通截面通径有时会比输送管路的通径设计的小，连接输送管路的法兰结构就会有通径突然收缩的变化。此外，由于流体的流动方向突然改变流体可能会产生局部流动滞止现象。这些都会使推进剂在进入燃烧室前的流动产生不可逆的压力损失，从而影响发动机的性能。
发明内容
本发明解决的技术问题为：针对现有技术的不足，提供一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构。通过对优化接口法兰的内部结构设计来实现，即将突然收缩的通径接口改为沿流动方向逐渐缩小至目标通径，并且增加引导流体改变流动方向的导流结构，避免流体因流动方向变化发生局部流动滞止现象，从而降低推进剂的流阻损失。
本申请采用如下的技术方案：
一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，包括连通于进口集合器外周向的进口法兰，进口法兰内设置有导流筋，导流筋两端分别连接于进口法兰沿着进口集合器轴向上相对的内壁，导流筋沿着进口法兰的轴向并向靠近进口集合器的方向延伸，导流筋朝向进口法兰内壁的两个侧面为引导壁面，沿着靠近进口集合器的方向，两个引导壁面之间的距离变大。
所述引导壁面垂直于进口集合器轴线方向的截面呈弧形，弧形内侧与进口法兰内壁相对。
所述进口法兰设置有圆柱段和扩张段，扩张段连通圆柱段和进口集合器，沿着逐渐靠近进口集合器的方向，扩张段沿进口集合器轴向的尺寸逐渐减小，且扩张段沿着进口集合器周向的尺寸逐渐增大。
所述导流筋连接于扩张段，导流筋靠近进口集合器的端部到进口集合器轴线之间的距离大于扩张段靠近进口集合器的端部到进口集合器轴线之间的距离。
所述进口法兰远离进口集合器的端部为法兰进口，进口法兰与进口集合器连通的端部为法兰出口，法兰进口的截面面积与法兰出口的截面面积相等。
所述法兰出口的截面为椭圆形，且椭圆形的短轴平行于进口集合器的轴线。
两个所述引导壁面靠近进口集合器的端部之间封闭。
所述引导壁面与进口法兰内壁之间的连接处做倒圆角处理，倒圆角半径与进口法兰壁厚相等。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
1)流通截面积逐渐变化至与进口集合器内流通截面积相同，避免流通截面积突变，减小流阻损失；
2)法兰内置导流筋，引导流体流动方向由径向逐渐转向周向，避免流体直接冲击A点再向周向流动，防止流体在A点发生流动滞止产生较大的流阻损失；
3)法兰内置导流筋可以增加法兰管身的结构强度和刚度，避免因流体压力过大使法兰管身发生变形导致破坏失效；
4)结构紧凑无焊接零件，降低不必要的重量，提高产品的可靠性。
附图说明
图1为本申请实施例的法兰结构应用于液体火箭发动机推力室的整体结构示意图；
图2为本申请实施例中进口法兰的结构示意图；
图3为本申请实施例中法兰管身旨在体现导流筋的剖视图；
图4为本申请实施例中垂直于导流筋长度方向的剖视图。
附图标记说明：1、冷却夹套；2、进口集合器；3、出口集合器；4、进口法兰；5、出口法兰；6、法兰盘；7、导流筋；71、引导壁面；8、法兰进口；9、法兰管身；10、法兰出口；11、圆柱段；12、扩张段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
本专利设计的低流阻导流法兰主要用在液体火箭发动机推力室进口集合器2上，用于连接输送管路和推力室身部进口集合器2，将用于冷却推力室的推进剂引入推力室身部进口集合器2中，减少推进剂流动损失。
本申请实施例公开一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，参照图1和图2，包括连通于进口集合器2外周向的进口法兰4，进口法兰4内设置有导流筋7，导流筋7两端分别连接于进口法兰4沿着进口集合器2轴向上相对的内壁，导流筋7沿着进口法兰4的轴向并向靠近进口集合器2的方向延伸，导流筋7朝向进口法兰4内壁的两个侧面为引导壁面，引导壁面沿着进口法兰4轴向、以与法兰壁面近似平行的曲率向进口集合器2方向延伸，形成类似于“A”字形剖面的导流通道，将一个进口引导分流至两个出口，两个引导壁面靠近进口集合器2的端部之间封闭，使得导流筋7呈近似的空心三角形状。
参照图2、图3和图4，引导壁面垂直于进口集合器2轴线方向的截面呈弧形，弧形内侧与进口法兰4内壁相对。两个引导壁面靠近进口集合器2的端部之间封闭。导流筋7的引导壁面与进口法兰4内壁之间的连接处做倒圆角处理，倒圆角半径与进口法兰壁厚相等。
参照图2，进口法兰4与推进剂输送管路相连，从进口法兰4将推进剂引入推力室冷却夹套1，进口法兰4远离进口集合器2的端部为法兰进口8，进口法兰4与进口集合器2连通的端部为法兰出口10，根据输送管路流通截面通径dg确定法兰进口8的进口流通截面通径di，di＝dg。根据进口集合器2的流通截面通径dj，使法兰出口10的流通截面面积Ao大于进口集合器2的流通截面面积Aj，Ao>Aj，
dj为进口集合器2的流通截面直径。根据确定好的法兰进口8流通截面积Ai，
di为法兰进口8的流通截面的直径，设计导流筋7与法兰管身9围成的两个导流通道截面积A1、A2，A1、A2为两个导流通道与进口集合器2连通的端部的截面积，使A1＝A2＝Aj。流体进入进口法兰4后，流体流经法兰进口8流通截面积Ai，然后流入导流筋7与法兰管身9围成的两个导流通道内，且在这个过程中，Ai到A1/A2为逐渐变化，且A1＝A2＝Aj，避免了通径突变造成的流阻损失。
参照图2，进口法兰4包括法兰管身9、连接于法兰管身9远离进口集合器2的一端的法兰盘6，法兰管身9设置有圆柱段11和扩张段12，扩张段12连通圆柱段11和进口集合器2，沿着逐渐靠近进口集合器2的方向，扩张段12沿进口集合器2轴向的尺寸逐渐减小，且扩张段12沿着进口集合器2周向的尺寸逐渐增大，使得法兰出口10沿扩张段12向周向扩展形成“扁口”，具体的，法兰出口10的截面为椭圆形，且椭圆形的短轴平行于进口集合器2的轴线，引导流体向进口集合器2的周向流动。扩张段12正对引导壁面的位置与导流筋7的引导壁面形成近似平行的扩展方向。法兰管身9的结构设置、与本申请中的导流筋7结构相配合，使得进口法兰4内的流通通径逐渐变化，也避免流体因流动方向变化发生局部流动滞止现象，从而降低推进剂的流阻损失。
根据进口法兰4的长度确定内置导流筋7位置，将导流筋7起始端定位在法兰管身9的管身圆柱段11向管身扩张段12变化处。且导流筋7靠近进口集合器2的端部到进口集合器2轴线之间的距离大于扩张段12靠近进口集合器2的端部到进口集合器2轴线之间的距离，使得进口法兰4便于与进口集合器2连接。
根据输送管路确定进口法兰4上的法兰盘6的尺寸dc、螺栓孔个数n。
本申请的实施原理为：将输送管路与进口法兰4的法兰盘6连接，推进剂从输送管路进入进口法兰4后，导流筋7对推进剂的流动方向进行引导，使得推进剂向进口集合器2的周向流动，推进剂不会直接撞到进口集合器2正对进口法兰4的位置，同时进口法兰4内的截面面积逐渐变小，避免流体因流动方向变化发生局部流动滞止现象，从而降低推进剂的流阻损失。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：包括连通于进口集合器(2)外周向的进口法兰(4)，进口法兰(4)内设置有导流筋(7)，导流筋(7)两端分别连接于进口法兰(4)沿着进口集合器(2)轴向上相对的内壁，导流筋(7)沿着进口法兰(4)内流体的流动方向延伸，导流筋(7)朝向进口法兰(4)内壁的两个侧面为引导壁面(71)，沿着进口法兰(4)内流体的流动方向，两个引导壁面(71)之间的距离变大。
2.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述引导壁面垂直于进口集合器(2)轴线方向的截面呈弧形，弧形内侧与进口法兰(4)内壁相对。
3.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述进口法兰(4)设置有圆柱段(11)和扩张段(12)，扩张段(12)连通圆柱段(11)和进口集合器(2)，沿着逐渐靠近进口集合器(2)的方向，扩张段(12)沿进口集合器(2)轴向的尺寸逐渐减小，且扩张段(12)沿着进口集合器(2)周向的尺寸逐渐增大。
4.根据权利要求3所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述导流筋(7)连接于扩张段(12)，导流筋(7)靠近进口集合器(2)的端部到进口集合器(2)轴线之间的距离大于扩张段(12)靠近进口集合器(2)的端部到进口集合器(2)轴线之间的距离。
5.根据权利要求4所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述扩张段(12)正对引导壁面的位置与导流筋(7)的引导壁面形成近似平行的扩展方向。
6.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述进口法兰(4)远离进口集合器(2)的端部为法兰进口(8)，进口法兰(4)与进口集合器(2)连通的端部为法兰出口(10)，法兰进口(8)的截面面积小于法兰出口(10)的截面面积，法兰出口(10)的截面面积大于进口集合器(2)的流通通道的截面面积。
7.根据权利要求6所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述法兰出口(10)的截面为椭圆形，且椭圆形的短轴平行于进口集合器(2)的轴线。
8.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：两个所述引导壁面靠近进口集合器(2)的端部之间封闭。
9.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述导流筋(7)的引导壁面与进口法兰(4)内壁之间的连接处做倒圆角处理，倒圆角半径与进口法兰壁厚相等。
10.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机推力室低流阻导流法兰结构，其特征在于：所述导流筋(7)与进口法兰(4)内壁围成的两个导流通道，两个导流通道与进口集合器(2)连通的端部的截面积分别为A1、A2，Aj为进口集合器(2)的流通截面面积，A1＝A2＝Aj。
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