一种可变流量固液混合发动机的制作方法

1.本发明属于固液混合发动机领域，具体涉及一种可变流量固液混合发动机。


背景技术：

2.火箭发动机是火箭、导弹和各类航天器的动力系统，随着航天事业的发展，航天任务的内容和形式逐渐增加，特别是在航天器轨道机动、天地往返以及交会对接等领域，对火箭发动机的推力调节能力提出了更高的要求。由于在航天任务中一般需要进行长时间推力调节，因而发动机可靠性要求较高；同时受限于飞行器总体设计，系统安装空间往往不大，这也对推进系统提出了小型化的要求。
3.火箭发动机按照推进剂物理状态的不同，常分为固体火箭发动机、液体火箭发动机以及固液混合发动机等，它们均具有推力调节能力。其中固体发动机主要采用喉栓等结构调节喉部面积改变推力，但针栓热防护的问题较为突出，可靠性不高；液体火箭发动机通过控制阀门改变流量易于实现推力调节，但发动机结构复杂，难于实现小型化；固液混合发动机是一种氧化剂和燃料分开储存的火箭发动机，具有安全可靠性高、能量管理方便和可小型化等优点，易于通过调节流量来改变推力，在变推力动力系统领域有着广阔的应用前景。
4.固液混合发动机通常采用改变氧化剂质量流量的方法来实现变推力。期刊《flow measurement&instrumentation》2014年文献“application of variable area cavitating venturi as a dynamic flow controller”公开了一种使用可调汽蚀文氏管来调节氧化剂流量的方法，并研究了调节锥行程对文氏管性能的影响，结果表明当针锥的位置和上游压力确定时，文氏管能够对流量进行调节。但该装置的针锥易于磨损，需要经常拆卸更换，使用寿命较低。


技术实现要素：

5.要解决的技术问题：
6.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可变流量固液混合发动机，采用可调汽蚀文氏管和控制阀门配合使用，实现氧化剂流量调节；并将氧化剂储箱的结构优化为球形。
7.本发明的技术方案是：一种可变流量固液混合发动机，包括氧化剂储箱、推力室和控制阀门，所述氧化剂储箱通过管路与推力室连通，实现向推力室输入氧化剂，并由管路上安装的控制阀门控制氧化剂的通断；其特征在于：还包括可调汽蚀文氏管，通过管路连接于控制阀门与推力室之间；
8.所述可调汽蚀文氏管包括步进电机、固定法兰盘、文氏管压螺、文氏管入口接头、可调汽蚀文氏管壳体、汽蚀文氏管、针锥；所述步进电机同轴安装于固定法兰盘上，其输出轴与针锥同轴连接；所述可调汽蚀文氏管壳体为一端设置有法兰盘的柱状结构，沿中心线开有阶梯通孔，其法兰盘一端的孔内通过螺纹安装有文氏管压螺，另一端通过螺纹安装有
汽蚀文氏管，汽蚀文氏管的出口通过管路与推力室入口连通，作为氧化剂的输出通道；可调汽蚀文氏管壳体的侧壁上沿径向开有与阶梯通孔连通的通气孔，通气孔的出口通过文氏管入口接头、管路与氧化剂储箱连通，作为氧化剂的输入通道；所述针锥同轴依次穿过文氏管压螺、可调汽蚀文氏管壳体的中心通孔，然后插入汽蚀文氏管中心孔的喉径处，通过步进电机驱动所述针锥往复运动，改变针锥与汽蚀文氏管的喉径处的间隙，进而改变了氧化剂供给的流量，实现推力调节。
9.本发明的进一步技术方案是：所述氧化剂储箱整体为球形结构，包括增压接头、储箱上壳体、储箱下壳体、供给接头；储箱上壳体和储箱下壳体均为端口外周面设置有法兰结构的半球壳体，通过螺栓和螺母紧固为中空的球形腔体；所述储箱上壳体的顶端开有通孔，与增压接头固定连接，用于连接高压气体进行增压；所述储箱下壳体的底部开有通孔，与供给接头连接，用于向推力室输送氧化剂。
10.本发明的进一步技术方案是：所述储箱上壳体的法兰结构为储箱上法兰，储箱下壳体的法兰结构为储箱下法兰，储箱上法兰和储箱下法兰的安装面之间采用榫槽式结构进行密封，槽内放置法兰密封圈。
11.本发明的进一步技术方案是：所述文氏管压螺内的内周面上同轴设置有导向环，用于防止针锥与文氏管压螺的内型面直接接触，减少磨损；文氏管压螺与可调汽蚀文氏管壳体通过文氏管压螺密封圈实现密封，可调汽蚀文氏管壳体与针锥、汽蚀文氏管通过文氏管密封圈实现密封。
12.本发明的进一步技术方案是：还包括调节丝杆和调节螺母，四个调节丝杆的一端分别通过调节螺母沿周向安装于固定法兰盘上，另一端分别通过调节螺母沿周向安装于可调汽蚀文氏管壳体的法兰盘上了；且四个调节丝杠的轴向平行于步进电机的输出轴，通过拧紧调节螺母调整固定法兰盘与可调汽蚀文氏管壳体的法兰盘的距离，进而调节步进电机与可调汽蚀文氏管壳体之间的距离。
13.本发明的进一步技术方案是：所述针锥通过螺纹与步进电机输出轴连接，其上套有限位环，限位环设置于文氏管压螺外侧，用于限制针锥的轴向位移。
14.本发明的进一步技术方案是：所述汽蚀文氏管两端分别通过螺纹与可调汽蚀文氏管壳体、管路连接，其中心孔内入口到喉径部分为收敛结构，喉径到出口为扩张结构；收敛角范围为40
‑
60
°
，扩张角范围为6
‑8°
；喉部等径段轴向长度为0.25
‑
1倍喉径。
15.本发明的进一步技术方案是：所述收敛角和扩张角分别为50
°
和6
°
，喉径和喉部等径段均为2mm，喉部过渡圆角取为1mm；汽蚀文氏管入口和出口直径为10mm，收敛段轴向长度为8.57mm，扩张段轴向长度为76.32mm，总长度为86.89mm。
16.本发明的进一步技术方案是：所述针锥的圆锥部分锥角为10
°
，轴向长度为45.72mm；等径圆柱部分的直径为8mm。
17.本发明的进一步技术方案是：所述推力室包括点火压螺、点火密封锥、点火座、前燃烧室绝热层、燃烧室壳体、燃烧室绝热层、燃料药柱、喷管密封圈、喷管壳体、石墨喷管、石墨垫片、前端盖、喷注器、推力室入口接头，所述燃烧室壳体的两端分别密封安装有前端盖和喷管壳体；所述前端盖的中心处开有通孔，同轴安装有推力室入口接头和喷注器，通过管路与汽蚀文氏管的出口端连通，前端盖的壁面上安装有点火组件，所述点火组件包括点火压螺、点火密封锥、点火座，点火压螺与点火座为螺纹连接，通过锥形的点火密封锥进行密
封；前端盖与燃烧室壳体通过螺纹连接，通过石墨垫片密封；所述燃烧室壳体内设置前燃烧室绝热层和燃烧室绝热层，燃烧室绝热层内浇注有燃料药柱；所述喷管壳体与燃烧室壳体通过螺纹连接，使用喷管密封圈进行密封；所述石墨喷管安装在喷管壳体内。
18.有益效果
19.本发明的有益效果在于：
20.1、本发明的氧化剂储箱为球形，相比其他形状，在容积相同时表面积较小，可有效降低外防护层的质量，并且耐压性能优异，所需壁厚也较薄。
21.2、氧化剂储箱由上下两部分组成，储箱内可以安装胶囊或者膜片将增压气体与氧化剂隔开，可以有效地克服增压气体与氧化剂的气堵现象，保证氧化剂的稳定运输。
22.3、氧化剂储箱上下法兰采用榫槽密封面。法兰密封圈在槽中不会被挤出，压紧面积最小，垫圈受力均匀。并且由于法兰密封圈不与氧化剂直接接触，氧化剂腐蚀和压力渗透影响小，能够实现高压密封。
23.4、本发明采用的可调汽蚀文氏管可以简单地实现大范围的流量调节。通过步进电机对针锥行程进行调节，精度可达0.005mm。实验表明在不同入口压力下，针锥位置的改变可以实现流量0
‑
250g/s的变化范围，并能够由步进电机的控制精确控制氧化剂的流量，不会因流量控制问题导致发动机工作受影响。并且步进电机通过丝杆与可调汽蚀文氏管壳体连接，使用调节螺母可以方便地调节步进电机和可调汽蚀文氏管壳体的距离，进而使得针锥的运动范围很长，能够适应多种流量调节条件。需要进行更换时，拆卸过程也较为方便。
24.5、本发明设计有文氏管压螺，旋紧后能够保证针锥与汽蚀文氏管的同轴度。在文氏管压螺与针锥之间设置有导向环，可防止针锥与型面直接接触，大大提高了可调汽蚀文氏管的使用寿命。汽蚀文氏管扩张角为6
°
，压力损失较小；喉部设计轴向长度与喉径相等，可以获得稳定的流量系数。针锥圆柱部分直径为8mm，能够保证强度；锥角为10
°
，在保证流量精确调节的基础上减轻了加工难度，进而节约了材料成本；针锥采用打磨加工工艺，表面光洁度为0.2，针锥同导向环和第一文氏管密封圈之间的摩擦也较小。
25.6、推力室内设置有绝热层防护，有效防止高温高压燃气对壳体造成烧蚀，重复使用率高。前燃烧室绝热层与燃烧室绝热层连接处为台阶式结构，具有一定的密封作用，石墨喷管前部直接与燃烧室绝热层相接，可起到后燃烧室绝热层的作用。
26.7、推力室的前端盖、燃烧室壳体和喷管壳体可以分开加工，通过螺纹连接，易于制造；通过更换不同喉径的石墨喷管，可以获得不同的燃烧室压力，进而满足多种发动机工况。
27.8、推力室的喷注器采用直流
‑
离心组合喷注器，能够产生较强的旋流且具有较长的喷射距离，有利于提高发动机的燃烧效率。
附图说明
28.图1是本发明可变流量固液混合发动机的总体示意图。
29.图2是图1中氧化剂储箱结构示意图。
30.图3是图1中可调汽蚀文氏管结构示意图。
31.图4是图1中可调汽蚀文氏管三维结构示意图。
32.图5是图1中推力室结构示意图。
33.图6是图2的i处放大视图。
34.图7是图3的ⅱ处放大视图。
35.图8是汽蚀文氏管的剖视图和左视图。
36.图9是可调汽蚀文氏管壳体的剖视图和左视图。
37.图10是文氏管压螺的剖视图和左视图。
38.图11是针锥的剖视图和左视图。
39.图12是固定法兰盘的剖视图和左视图。
40.图13是喷注器的剖视图和右视图。
41.图14是点火密封锥的剖视图和左视图。
42.附图标记说明：1
‑
氧化剂储箱；101
‑
增压接头；102
‑
储箱上壳体；103
‑
法兰螺栓；104
‑
储箱上法兰；105
‑
法兰密封圈；106
‑
储箱下法兰；107
‑
平垫片；108
‑
法兰螺母；109
‑
储箱下壳体；110
‑
供给接头；
[0043]2‑
可调汽蚀文氏管；201
‑
步进电机；202
‑
固定法兰盘；203
‑
调节丝杆；204
‑
文氏管压螺；205
‑
第一文氏管密封圈；206
‑
文氏管入口接头；207
‑
可调汽蚀文氏管壳体；208
‑
第二文氏管密封圈；209
‑
汽蚀文氏管；210
‑
高柔电缆；211
‑
调节螺母；212
‑
限位环；213
‑
导向环；214
‑
文氏管压螺密封圈；215
‑
针锥；
[0044]3‑
推力室；301
‑
点火压螺；302
‑
点火密封锥；303
‑
点火座；304
‑
前燃烧室绝热层；305
‑
燃烧室壳体；306
‑
燃烧室绝热层；307
‑
燃料药柱；308
‑
喷管密封圈；309
‑
喷管壳体；310
‑
石墨喷管；311
‑
石墨垫片；312
‑
前端盖；313
‑
喷注器；314
‑
推力室入口接头；
[0045]4‑
第一管路；5
‑
控制阀门；6
‑
第二管路。
具体实施方式
[0046]
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0047]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，因此不能理解为对本发明的限制。
[0048]
参照图1所示，本发明主要由氧化剂储箱1、可调汽蚀文氏管2、推力室3、第一管路4、控制阀门5、第二管路6六部分组成。
[0049]
氧化剂储箱1通过供给接头110与第一管路4螺纹连接，第一管路4上安装有控制阀门5，用于控制氧化剂的通断，第一管路4的另一端与文氏管入口接头206通过螺纹连接，使氧化剂可以流入可调汽蚀文氏管2。之后第二管路6一端与汽蚀文氏管209螺纹连接，另一端与推力室入口接头314螺纹连接，氧化剂便可流入推力室3。
[0050]
氧化剂储箱1是氧化剂存储的场所，可分为上下两部分，上部分主体是半球形的储箱上壳体102，顶部焊接有增压接头101，用于连接增压气体来流的管路，下部焊接有储箱上法兰104，其上均布12个孔，用于与下部分螺栓连接。储箱下部分主体是半球形的储箱下壳体109，底部焊接有供给接头110，用于实现氧化剂的供给，上部焊接有储箱下法兰106，其上
也均布12个孔，通过法兰螺栓103、平垫片107和法兰螺母108便可将上下两部分连接起来。同时储箱上法兰104有一圆环形凸台，储箱下法兰104对应位置有圆环形一凹槽，中间放置法兰密封圈105，即采用榫槽式密封，能够实现高压密封。
[0051]
可调汽蚀文氏管2是流量调节的关键部件，其原理主要是通过步进电机201内部的滚珠丝杆结构将电机的转动转化为针锥215的轴向运动，电机通过高柔电缆210和驱动器相连，可以改变汽蚀文氏管209的喉部缝隙大小从而实现变流量。可调汽蚀文氏管壳体207上焊接有文氏管入口接头206，用于和第一管路4连接。装配过程为：首先将文氏管压螺204通过螺纹与可调汽蚀文氏管壳体207连接，文氏管压螺204中心贯通，尺寸略大于针锥215直径，便于往复运动，同时内部有三处凹槽，前两处用于安装导向环213，减少针锥215的磨损，后面一处用于放置第一文氏管密封圈205来对针锥215进行密封。前部还开有一圆环形凹槽，对应位置的可调汽蚀文氏管壳体207有圆环形凸台，通过在凹凸面内放置文氏管压螺密封圈214对可调汽蚀文氏管壳体207进行密封。然后将步进电机201前部通过螺纹和针锥215相连，针锥215上套有限位环212，并通过螺母将电机伸出来的螺杆连接在固定法兰盘202水平和竖直方向上的4个孔上，将针锥215插入文氏管压螺204中。固定法兰盘202和可调汽蚀文氏管壳体207在方形的四角均有四个通孔，通过4根调节丝杆203和16个调节螺母211将其连接，使针锥215达到初始的位置。最后在可调汽蚀文氏管壳体207前部中心的台阶面内放置第二文氏管密封圈208，将汽蚀文氏管209通过螺纹和可调汽蚀文氏管壳体207相连，可调汽蚀文氏管2便组装完成。在7mpa总压下，当针锥215的全行程为9.2mm时，氧化剂流量变化范围可从2.76g/s变化至220g/s。
[0052]
参照图8所示，汽蚀文氏管209两端分别通过螺纹与可调汽蚀文氏管壳体206、管路连接，其中心孔内入口到喉径部分为收敛结构，喉径到出口为扩张结构；一般入口处收敛角范围为40
‑
60
°
，出口处扩张角范围为6
‑8°
，本实施例取收敛角和扩张角分别为50
°
和6
°
。喉部直径一般由氧化剂流量、流量系数、氧化剂滞止压力、氧化剂密度和饱和蒸汽压共同决定，根据不同的氧化剂供给工况可设计不同的喉径。本实施例取喉径为2mm，喉部过渡圆角取为1mm，喉部直线段轴向长度为(0.25
‑
1)倍喉径，本实施例取为2mm。收敛段轴向长度由入口直径、收敛角和喉径计算确定，扩张段轴向长度由出口直径、扩张角和喉径计算确定，入口和出口直径一般应相同，且与管路保持一致，如管路内径为10mm时，汽蚀文氏管入口和出口直径也为10mm，可得收敛段为8.57mm，扩张段为76.32mm，总长度为86.89mm。
[0053]
参照图11所示，针锥215的锥角为10
°
，等径圆柱部分的直径为8mm，锥角部分轴向长度为45.72mm。
[0054]
推力室3是推进剂在其中燃烧并产生推力的场所，本发明采用前端盖312、燃烧室壳体305和喷管壳体309三段式方案，三者均通过螺纹连接，结构易于加工制造。前端盖312为椭圆形封头，头部中心开孔，外侧焊接推力室入口接头314，氧化剂能够从此流入推力室3内部。开孔内侧焊接喷注器313，由8个均布的切向孔、4个均布的直流孔和中心的直流孔共同组成喷注阵列，使氧化剂完成雾化和蒸发。前端盖312上还焊接有点火座303，通过螺纹与点火压螺301相连，点火密封锥302放置在二者间的锥形孔中，其上有两个孔，用于穿过点火线。前端盖312与燃烧室壳体305配合的端面间放有石墨垫片311，喷管壳体309前部开有凹槽，用于放置喷管密封圈308，实现和燃烧室壳体305的密封。装配过程为：首先向部件都焊接好的前端盖312内侧安装前燃烧室绝热层304，并在内侧端面放置石墨垫片311，将燃烧室
壳体305旋入，然后放入贴壁浇注在燃烧室绝热层306上的燃料药柱307，最后将石墨喷管310放入装好喷管密封圈308的喷管壳体309中，通过螺纹与燃烧室壳体305连接，便可完成推力室3的装配。
[0055]
可变流量固液混合发动机的工作过程为：增压气体流入氧化剂储箱1后，打开第一管路4上的控制阀门5，在增压气体的挤压作用下，氧化剂从供给接头110流出，经过第一管路4后从文氏管入口接头206进入可调汽蚀文氏管壳体207内部的通道，并沿针锥215方向从汽蚀文氏管209流出，此时针锥215的位置决定了初始流量的大小。氧化剂经过第二管路6从推力室入口接头314流入推力室3，经过喷注器313后氧化剂迅速完成了雾化、混合和蒸发等过程，同时从点火压螺301插入的点火线点燃点火头，瞬间将燃料药柱307引燃，产生的燃气经石墨喷管310膨胀加速后，将热能转化为动能，使发动机产生推力。此时可以通过电机驱动器远程控制步进电机201作动来推动针锥215按照设计的工况运动，针锥215的往复行进改变了汽蚀文氏管209的喉径，进而改变了氧化剂供给的流量，实现了固液混合发动机的推力调节。
[0056]
实例1：
[0057]
固液混合发动机的燃料选择石蜡，燃料药型为管型，以自由装填形式装入推力室，氧化剂选用氧化亚氮，提前充装至氧化剂储箱中，增压气体选用氮气。通过可调汽蚀文氏管针锥的运动来调节流量，氧化剂流量由小向大变化，分为3个阶段，每个阶段的流量分别为30g/s、50g/s和80g/s，规定针锥初始位置即为零位，对应针锥的位置分别为0mm、1mm和2mm，供给时间均为5s，工况转换时间均为1s，针锥运动速度为1mm/s，变流量时间共需17s。
[0058]
固液混合发动机各部件装配完成后，打开第一管路上的控制阀门，在增压气体的挤压作用下，氧化剂流经可调汽蚀文氏管被限流，再经过二管路到达推力室入口，经喷注器以旋流喷入燃烧室，迅速完成雾化与蒸发，同时推力室上点火座上的点火线通电，引燃点火药，将石蜡药柱点燃，燃气经喷管膨胀加速后产生推力。此时氧化剂流量为30g/s，发动机工作5s后，针锥在步进电机的驱动作用下向远离喉部的方向运动，1s后运动至1mm处，此时流量变为50g/s，发动机继续工作5s后，针锥继续向远离喉部的方向运动，1s后运动至2mm处，此时流量变为80g/s，发动机工作5s后，第一管路上的控制阀门关闭，氧化剂停止供给，推力室熄火，发动机便完成了流量从小到大的变化工况。
[0059]
实例2：
[0060]
固液混合发动机的燃料选择htpb(端羟基聚丁二烯)，燃料药型为星型，以自由装填形式装入推力室，氧化剂选用氧化亚氮，提前充装至氧化剂储箱中，增压气体选用氮气。通过可调汽蚀文氏管针锥的运动来调节流量，氧化剂流量由大变小再变大，分为3个阶段，每个阶段的流量分别为50g/s、30g/s和80g/s，规定针锥初始位置即为零位，对应针锥的位置分别为0mm、
‑
1mm和1mm，供给时间均为3s，工况转换时间均为1s，流量由大变小时针锥运动速度为1mm/s，流量由小变大时针锥运动速度为2mm/s，变流量时间共需11s。
[0061]
固液混合发动机各部件装配完成后，打开第一管路上的控制阀门，在增压气体的挤压作用下，氧化剂流经可调汽蚀文氏管被限流，再经过第二管路到达推力室入口，经喷注器以旋流喷入燃烧室，迅速完成雾化与蒸发，同时推力室上点火座上的点火线通电，引燃点火药，将htpb药柱点燃，燃气经喷管膨胀加速后产生推力。此时氧化剂流量为50g/s，发动机工作3s后，针锥在步进电机的驱动作用下向靠近喉部的方向运动，1s后运动至
‑
1mm处，此时
流量变为30g/s，发动机继续工作3s后，针锥继续向远离喉部的方向运动，1s后运动至1mm处，此时流量变为80g/s，发动机工作3s后，第一管路上的控制阀门关闭，氧化剂停止供给，推力室熄火，发动机便完成了流量从大到小再变大的变化工况。
[0062]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种可变流量固液混合发动机，包括氧化剂储箱、推力室和控制阀门，所述氧化剂储箱通过管路与推力室连通，实现向推力室输入氧化剂，并由管路上安装的控制阀门控制氧化剂的通断；其特征在于：还包括可调汽蚀文氏管，通过管路连接于控制阀门与推力室之间；所述可调汽蚀文氏管包括步进电机、固定法兰盘、文氏管压螺、文氏管入口接头、可调汽蚀文氏管壳体、汽蚀文氏管、针锥；所述步进电机同轴安装于固定法兰盘上，其输出轴与针锥同轴连接；所述可调汽蚀文氏管壳体为一端设置有法兰盘的柱状结构，沿中心线开有阶梯通孔，其法兰盘一端的孔内通过螺纹安装有文氏管压螺，另一端通过螺纹安装有汽蚀文氏管，汽蚀文氏管的出口通过管路与推力室入口连通，作为氧化剂的输出通道；可调汽蚀文氏管壳体的侧壁上沿径向开有与阶梯通孔连通的通气孔，通气孔的出口通过文氏管入口接头、管路与氧化剂储箱连通，作为氧化剂的输入通道；所述针锥同轴依次穿过文氏管压螺、可调汽蚀文氏管壳体的中心通孔，然后插入汽蚀文氏管中心孔的喉径处，通过步进电机驱动所述针锥往复运动，改变针锥与汽蚀文氏管的喉径处的间隙，进而改变了氧化剂供给的流量，实现推力调节。2.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述氧化剂储箱整体为球形结构，包括增压接头、储箱上壳体、储箱下壳体、供给接头；储箱上壳体和储箱下壳体均为端口外周面设置有法兰结构的半球壳体，通过螺栓和螺母紧固为中空的球形腔体；所述储箱上壳体的顶端开有通孔，与增压接头固定连接，用于连接高压气体进行增压；所述储箱下壳体的底部开有通孔，与供给接头连接，用于向推力室输送氧化剂。3.根据权利要求2所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述储箱上壳体的法兰结构为储箱上法兰，储箱下壳体的法兰结构为储箱下法兰，储箱上法兰和储箱下法兰的安装面之间采用榫槽式结构进行密封，槽内放置法兰密封圈。4.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述文氏管压螺内的内周面上同轴设置有导向环，用于防止针锥与文氏管压螺的内型面直接接触，减少磨损；文氏管压螺与可调汽蚀文氏管壳体通过文氏管压螺密封圈实现密封，可调汽蚀文氏管壳体与针锥、汽蚀文氏管通过文氏管密封圈实现密封。5.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：还包括调节丝杆和调节螺母，四个调节丝杆的一端分别通过调节螺母沿周向安装于固定法兰盘上，另一端分别通过调节螺母沿周向安装于可调汽蚀文氏管壳体的法兰盘上了；且四个调节丝杠的轴向平行于步进电机的输出轴，通过拧紧调节螺母调整固定法兰盘与可调汽蚀文氏管壳体的法兰盘的距离，进而调节步进电机与可调汽蚀文氏管壳体之间的距离。6.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述针锥通过螺纹与步进电机输出轴连接，其上套有限位环，限位环设置于文氏管压螺外侧，用于限制针锥的轴向位移。7.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述汽蚀文氏管两端分别通过螺纹与可调汽蚀文氏管壳体、管路连接，其中心孔内入口到喉径部分为收敛结构，喉径到出口为扩张结构；收敛角范围为40
‑
60
°
，扩张角范围为6
‑8°
；喉部等径段轴向长度为0.25
‑
1倍喉径。8.根据权利要求7所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述收敛角和扩张角分
别为50
°
和6
°
，喉径和喉部等径段均为2mm，喉部过渡圆角取为1mm；汽蚀文氏管入口和出口直径为10mm，收敛段轴向长度为8.57mm，扩张段轴向长度为76.32mm，总长度为86.89mm。9.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述针锥的圆锥部分锥角为10
°
，轴向长度为45.72mm；等径圆柱部分的直径为8mm。10.根据权利要求1所述可变流量固液混合发动机，其特征在于：所述推力室包括点火压螺、点火密封锥、点火座、前燃烧室绝热层、燃烧室壳体、燃烧室绝热层、燃料药柱、喷管密封圈、喷管壳体、石墨喷管、石墨垫片、前端盖、喷注器、推力室入口接头，所述燃烧室壳体的两端分别密封安装有前端盖和喷管壳体；所述前端盖的中心处开有通孔，同轴安装有推力室入口接头和喷注器，通过管路与汽蚀文氏管的出口端连通，前端盖的壁面上安装有点火组件，所述点火组件包括点火压螺、点火密封锥、点火座，点火压螺与点火座为螺纹连接，通过锥形的点火密封锥进行密封；前端盖与燃烧室壳体通过螺纹连接，通过石墨垫片密封；所述燃烧室壳体内设置前燃烧室绝热层和燃烧室绝热层，燃烧室绝热层内浇注有燃料药柱；所述喷管壳体与燃烧室壳体通过螺纹连接，使用喷管密封圈进行密封；所述石墨喷管安装在喷管壳体内。
技术总结
本发明一种可变流量固液混合发动机，属于固液混合发动机领域；包括氧化剂储箱、推力室、控制阀门、可调汽蚀文氏管，氧化剂储箱通过管路、可调汽蚀文氏管与推力室连通，实现向推力室输入氧化剂，并由管路上安装的控制阀门控制氧化剂的通断；可调汽蚀文氏管包括步进电机、固定法兰盘、文氏管压螺、文氏管入口接头、可调汽蚀文氏管壳体、汽蚀文氏管、针锥；通过步进电机控制针锥的轴向运动，改变针锥与汽蚀文氏管的喉径处的间隙，进而改变了氧化剂供给的流量，实现推力调节。本发明采用的可调汽蚀文氏管可以简单地实现大范围的流量调节。管可以简单地实现大范围的流量调节。管可以简单地实现大范围的流量调节。


技术研发人员：刘林林 季祯 王亚东 武冠杰 陈泽斌 刘喆 李卓 王占利
受保护的技术使用者：西安长峰机电研究所
技术研发日：2021.04.13
技术公布日：2021/7/8