[发明专利]真空射流喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及真空射流喷嘴，具体地，涉及本发明涉及航天器在轨液体排放时，能改善液体雾化锥角的装置。

背景技术

火箭末级贮箱剩余推进剂排放、火箭发动机的高空点火、国际空间站补加管路剩余推进剂吹除等，都涉及到液体的真空射流。液体进入真空时，由于过热会剧烈汽化闪蒸，形成雾化锥角，该锥角可能污染排放管口附近的航天器壁面，对航天器的光学、力学等特性产生影响，影响航天器的正常工作甚者减缓其寿命。目前，国内外致力于减缓液体真空排放造成污染的措施主要集中在改变液体排放的温度和速度，以及改变排放管路的管径等上面。这些措施虽然能够在一定程度上改善液体真空射流的雾化锥角，但在应用中有诸多限制，例如低温高速和小管径能改善出流雾化锥角，但是温度过低管径过小，排放过程中管路极易冰堵妨碍液体真空排放的顺利进行，而速度过快则可能对航天器的姿态造成较大的扰动。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了解决这些问题，找到更好的排放途径，本发明提出一种真空射流喷嘴，该喷嘴能够在不改变液体初始排放温度、速度以及排放管径的情况下，有效改善液体出流的雾化锥角，保护排放管口附近的航天器壁面。

根据本发明提供的一种真空射流喷嘴，包括喷射管道，喷射管道的内壁光滑，喷射管道的管嘴部分的内径收缩；

喷射管道的内径沿喷射方向，从管嘴部分的入口处起至管嘴部分的喷嘴唇口，由半径R圆弧收缩至的R/2；

喷嘴唇口处锐利。

优选地，喷射管道的内壁粗糙度为1.6。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够在不改变航天器设计和不外加附属系统的情况下，改善航天器在轨液体排放时，对排放口近壁面污染的喷嘴。本发明是通过圆弧收缩口保持管路内部压力，减缓闪蒸和结冰，使得在轨排放能顺利进行，且出流液体含气量较低，雾化锥角较小，管路内壁光滑和管嘴唇口锐利能防止冰粒附着，使排放得以顺利进行。

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为本发明的原理图。

图中：

1--喷射管道；

2--管嘴部分；

3--管嘴部分的入口；

4—喷嘴唇口。

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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明改善液体真空射流雾化锥角所采用的技术方案是：采用光滑锐利圆弧渐缩式管口。渐缩式管口有保压效果，在真空排放时能有效隔绝真空环境向管路内部的压力传导，使得管路内部维持在较高的压力环境下，在相对较高的压力环境下，液体闪蒸和汽化较为缓慢，液体内部的含气量随之降低，使得出流时对液体雾化破碎其主要作用的气泡含量较少，从而减缓了液体出流的雾化锥角。采用光滑内壁设计，使得管路内部因闪蒸结冰时，冰粒在管壁上的附着较少，排放能顺利进行。唇口锐利也能减缓冰粒在管嘴处的附着，防止管嘴形态被改变导致的液体出流形态改变，从而将液体射流形态维持在可控范围。

具体地，在图1中，真空射流喷嘴的作为管嘴部分出口的喷嘴唇口处直径，为管嘴部分的入口处之前的喷射管道内部管径的一半，起到保压作用，喷射管道的管路内部粗糙度为1.6，唇口切割后不作倒角处理，保持锐利。

关于上文中本发明采用的设计参数，应当注意的是：

(1)喷射管道的内径沿喷射方向，从管嘴部分的入口处起至管嘴部分的喷嘴唇口，由半径R圆弧收缩至的R/2

该圆弧收缩数据是通过分析常压下射流情况及真空闪蒸剧烈膨胀的特性，在此基础上建模仿真得到较为优化的优化带，在优化带区间加工数种不同角度不同截面形状的喷嘴，经试验验证表明在该圆弧收缩数据要求的数值下，射流情形最优，出流射流角最小。

(2)喷射管道的内壁粗糙度为1.6

该粗糙度是在分析真空射流闪蒸机理后，表明剧烈换热会导致结冰，可能会造成冰堵，为减小结冰的可能性，减小结冰附着点，是以给出现行工业条件下能达到的较高的粗糙度等级。

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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。