本發(fā)明涉及一種小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置。

背景技術：

流體流阻調節(jié)的主要內容是通過特定的調節(jié)手段，實現流體元器件工作參數的調整、流量測量、水擊抑制以及元器件流動特性個體差異補償和匹配等。

近年來，南京工業(yè)大學研究了多路換向閥中異形閥口的節(jié)流特性，其中U形閥口在開度較大時容易發(fā)生流量飽和，而V形閥口對流量的可控性較強。同濟大學在對比研究了多種異形節(jié)流截面形狀后，提出了一種新型圓柱形變截面緩沖結構，研究表明，該結構具有緩沖效果好、設計計算方便、結構簡單、加工方便的優(yōu)點，能夠應用于大多數液壓油缸的設計。在化工領域，天津化工設計院針對大尺度管道流動，基于傳統標準單孔孔板結構，開展了多孔孔板的研究，通過增設函數孔，形成流動的對稱結構，抑制了渦流，從而提高流場的穩(wěn)定性，降低流動的振動和噪聲。在航天器空間推進技術領域，目前相關的研究工作主要集中在氣路減壓閥的研究上，氣路減壓閥是設計非常巧妙的氣體節(jié)流與控制組件，通過高壓腔、低壓腔以及低壓調節(jié)腔的設計，形成壓力反饋機制，自動實現高壓氣體的節(jié)流和穩(wěn)定。關于液路節(jié)流孔板的研究極少，各型號大多采用標準單孔孔板結構，根據具體的安裝形式，設計合適的外圓尺寸、孔板厚度，根據節(jié)流參數，設計合理的節(jié)流孔孔徑和長徑比，必要時在孔板外緣集成設計螺紋安裝結構。上?？臻g推進研究所針對某小推力發(fā)動機模塊機組，進行了節(jié)流孔板安裝形位公差的研究，得到了特定結構下，孔板兩端面平行度、安裝間隙大小等參數對節(jié)流穩(wěn)定性的影響。上海空間推進研究所以某型號大批量生產需求為牽引，開展了節(jié)流孔流阻影響因素的分析與試驗，結果顯示節(jié)流孔徑及其公差是影響流阻變化的主要因素，且當節(jié)流孔徑逐漸增大時，孔徑公差對流阻的影響越來越小，收嚴節(jié)流孔徑的公差能提高節(jié)流圈流阻的一致性。

隨著航天器日益向小型化、高精度、模塊化、型譜化方向發(fā)展，傳統的小推力液體姿控發(fā)動機機組液路節(jié)流孔板方案面臨諸多挑戰(zhàn)，比如，傳統節(jié)流孔板，對于微小流量的適應性差，節(jié)流能力不足，孔板微小型化之后，調試操作的工藝性差，且節(jié)流的性能不穩(wěn)定；傳統節(jié)流孔板，無法實現深度節(jié)流，嚴重制約了發(fā)動機組件在不同型號之間的通用化；傳統節(jié)流孔板，受其圓盤形外形的影響，一般安裝在閥后，在高壓系統中起不到弱化水擊的作用，如果要安裝在閥前，則需要專門的機械接口，結構復雜。迫切需要開發(fā)新型節(jié)流裝置，滿足航天器空間推進技術發(fā)展的需求。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置，具有深度節(jié)流的能力，且具有整流效果好、結構緊湊、抑制水擊、工藝性好的特點。

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置，包括推力室殼體槽道、Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板和電磁閥，所述推力室殼體槽道上設置有推進劑進口孔和出口孔，并設置有用于安裝Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的推力室閥前環(huán)形集液腔，所述閥前環(huán)形集液腔處于電磁閥進口之前，所述電磁閥后可選擇性安裝閥后節(jié)流孔板。

所述推進劑進口孔為一個細長孔，一端連接推進劑供應系統，一端與推力室閥前環(huán)形集液腔連通，推力室閥前環(huán)形集液腔是一個環(huán)形槽道，用于安裝Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板，推進劑出口孔為兩個小孔連接而成，兩孔軸線成90度角。

所述推力室殼體槽道包括一個臺階孔結構的閥門安裝槽。

所述Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板上設置有外定位環(huán)、內定位環(huán)、錐形分割環(huán)和節(jié)流小孔，所述Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板安裝在推力室殼體槽道的閥前環(huán)形集液腔內，閥前環(huán)形集液腔處于電磁閥進口之前，所述外定位環(huán)為一個薄壁圓柱結構，所述外定位環(huán)的薄壁圓柱結構的外壁面與推力室閥前環(huán)形集液腔的外壁面間隙配合，所述外定位環(huán)的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環(huán)連接成一體，另一端與電磁閥的進口面貼合，所述內定位環(huán)也是一個薄壁圓柱結構，所述內定位環(huán)的薄壁圓柱結構的內壁面與推力室閥前環(huán)形集液腔內壁面間隙配合，所述內定位環(huán)的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環(huán)連接成一體，另一端而與推力室閥前環(huán)形集液腔的封閉端貼合。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述推進劑進口孔的孔徑為0.15～0.5mm。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述環(huán)形槽道的內徑尺寸為6～10mm，外徑尺寸為9～15mm。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的外定位環(huán)和內定位環(huán)共同起到Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的軸向和徑向兩個維度的固定和限位作用。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述錐形分割環(huán)將所述推力室閥前環(huán)形集液腔一分為二。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述節(jié)流小孔分布在錐形分割環(huán)的錐面上。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述錐形分割環(huán)的厚度為節(jié)流小孔最大孔徑的3倍以上，錐角選取在20度至160度之間。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述節(jié)流小孔包括單孔、多孔或組合孔布局。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述節(jié)流小孔的布局采取多種孔徑、多種布局、多個數目的方案。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板與電磁閥傳統的閥后節(jié)流孔板組合使用。

進一步的，在上述流阻調節(jié)裝置中，所述Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的尺寸比傳統的閥后節(jié)流孔板大4～5倍。

與現有技術相比，本發(fā)明具有深度節(jié)流的能力，且具有整流效果好、結構緊湊、抑制水擊、工藝性好的特點。本發(fā)明由于設計了Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板，增加了節(jié)流孔設計和布局的自由度，有利于提高節(jié)流能力和節(jié)流的穩(wěn)定性，Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板與推力室閥前環(huán)形集液腔配合使用，方便可靠地實現了閥前節(jié)流方案，有利于抑制高壓系統的水擊效應，確保發(fā)動機工作平穩(wěn)可靠。Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板與電磁閥傳統的閥后節(jié)流孔板配合使用，可以實現小推力發(fā)動機的深度節(jié)流，提升了發(fā)動機的通用化程度，同時，也可以實現微小推力發(fā)動機微小流量的有效節(jié)流。Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的尺寸比傳統孔板大4～5倍，且不需要螺紋連接和專門的固定裝置，孔板安裝和調試的工藝性好。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1是本發(fā)明一實施例的小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置的裝配圖；

圖2是本發(fā)明一實施例的小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置的推力室殼體槽道結構圖；

圖3是本發(fā)明一實施例的Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板結構的截面圖；

圖4是本發(fā)明一實施例的Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板結構的俯視圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置，包括推力室殼體槽道1、Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板2和電磁閥3，其中，

圖2所示，推力室殼體槽道1上設置有推進劑進口孔4、推力室閥前環(huán)形集液腔5、閥門安裝槽6和推進劑出口7。推進劑進口孔4為一個細長孔，一端連接推進劑供應系統，一端與推力室閥前環(huán)形集液腔5連通。推力室閥前環(huán)形集液腔5是一個環(huán)形槽道，用于安裝Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板2。閥門安裝槽6為一個臺階孔結構，推進劑出口孔7為兩個小孔連接而成，兩孔軸線成90度角。在此，推進劑進口孔、環(huán)形集液腔、出口孔、閥門安裝槽集成設計在推力室殼體上，布局緊湊、結構簡單。

圖3、圖4所示，Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板2上設置有外定位環(huán)8、內定位環(huán)9、錐形分割環(huán)10和節(jié)流小孔11。Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板2安裝在推力室殼體槽道1的閥前環(huán)形集液腔5內，閥前環(huán)形集液腔5處于電磁閥3進口之前。外定位環(huán)8為一個薄壁圓柱結構，外定位環(huán)8的薄壁圓柱結構的外壁面與推力室閥前環(huán)形集液腔5的外壁面間隙配合。外定位環(huán)8的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環(huán)10連接成一體，另一端與電磁閥3的進口面貼合。內定位環(huán)9也是一個薄壁圓柱結構，內定位環(huán)9的薄壁圓柱結構的內壁面與推力室閥前環(huán)形集液腔5內壁面間隙配合。內定位環(huán)9的薄壁圓柱結構的一個端面與錐形分割環(huán)10連接成一體，另一端而與推力室閥前環(huán)形集液腔5的封閉端貼合。在此，Z字形環(huán)狀孔板安裝所需的環(huán)形集液腔設置在閥前，不屬于推力室的滴淌容積，因而不影響發(fā)動機的響應時間。Z字形環(huán)狀孔板安裝在閥前，因而閥門入口壓力降至最低，有利于降低水擊的影響。

本發(fā)明的小推力液體姿控發(fā)動機機組的流阻調節(jié)裝置的一優(yōu)選的實施例中，推進劑進口孔4的孔徑為0.15～0.5mm。環(huán)形槽道的內徑尺寸為6～10mm，外徑尺寸為9～15mm，保證集液腔開放端正對閥門進口面，集液腔深度由Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的軸向長度確定，同時兼顧推進劑進口布局的可行性。

Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板2的外定位環(huán)8和內定位環(huán)9共同起到Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板2的軸向和徑向兩個維度的固定和限位作用。

錐形分割環(huán)10將推力室閥前環(huán)形集液腔5一分為二。

節(jié)流小孔11分布在錐形分割環(huán)10的錐面上。

錐形分割環(huán)10的厚度根據設計計算獲取，原則是保證其厚度是節(jié)流小孔11最大孔徑的3倍以上，錐角一般可選取在20度至160度之間，由具體結構確定。

節(jié)流小孔11包括單孔、多孔或組合孔布局。

根據節(jié)流參數的需求，節(jié)流小孔11可以是單孔或按一定分布規(guī)律排布的多孔結構，可以是一種孔徑或是多種孔徑組合分布結構。在此，節(jié)流孔布置范圍大，允許采取多種孔徑、多種布局、多個數目的方案，大大擴展了孔板節(jié)流、穩(wěn)流、流量均衡分配的作用。

Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板的尺寸比傳統孔板大4～5倍。

Z字形環(huán)狀節(jié)流孔板與電磁閥傳統的閥后節(jié)流孔板組合使用，實現真空推力小于等于5N的小推力發(fā)動機微小流量的有效節(jié)流，實現小推力發(fā)動機微小流量推進劑的深度節(jié)流能力。在此，如果發(fā)動機為流量很小的微小推力發(fā)動機真空推力小于等于5N，或者小推力發(fā)動機需適應不同型號入口壓力需求，直接借用現有產品。需進行深度節(jié)流時，Z字形環(huán)狀孔板可與傳統的閥后節(jié)流孔板配合使用，實現微小流量有效節(jié)流和小流量深度節(jié)流的功能。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。