一种气氢气氧小型火炬点火器结构的制作方法

1.本发明涉及火箭发动机设计、试验和其它燃烧装备领域，具体是一种小型化的气体介质高能点火装置。


背景技术：

2.使用液体推进剂的火箭发动机其点火可以采取多种途径，如火药、等离子、电火花等，常用的是火药点火器，也可以在燃料管口填充自燃性物质用于点火。点火后，燃烧室可以维持燃烧不再需要点火。发动机停机几秒后，燃烧室可以自动重新点火，然而一旦燃烧室冷却，许多发动机都不能在点火。现今，上面级火箭发动机多采用液氢、液氧作为燃料，同时需要满足二次启动等任务需求。这就需要安装多个火药点火器，增加了系统的复杂度。这就需要一种高可靠性、高稳定性、可重复使用的点火设备。
3.此外，在上面级火箭发动机进行地面高模试验时，需要通过预抽真空系统来制造一个高空环境，将发动机置于这种环境里进行各种试车。常用的预抽真空系统有发动机-扩压器-引射泵系统。引射泵系统需要高温、高压蒸汽介质来抽吸发动机产生的高温、高速、大质量流燃气。蒸汽介质通常通过燃气发生器提供，燃气发生器需具备高可靠性、稳定性和长使用寿命。燃发器点火器同样需要满足高可靠性、稳定性和长使用寿命的要求。
4.气氢气氧点火器有如下优点：
5.与火药点火器相比，气氢气氧点火器可重复使用，且不存在火工器材的存储、运输和管理问题，同时避免了重复使用更换火药的问题，从使用的经济性和便捷性考虑具有优势。
6.与高能点火器相比，气氢气氧点火器需要的点火能量较小，不存在超高压脉冲激励，点火时对试验测控系统干扰小，不需要考虑电磁兼容等问题，从而简化了试验系统。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种可重复使用气氢气氧小型火炬点火器，用于火箭发动机、燃发器等燃烧设备点火时使用。本发明要求解决的问题是，(1)为燃烧设备提供稳定的高能点火激励；(2)点火流量、温度、压力等参数可调，满足多工况的试验使用需求。
8.本发明的技术方案是：点火器设计流量为6g/s，设计压力为5mpa，氢氧混合比为1，其中氢气流量为3g/s，氧气流量为3g/s，允许工作混合比为0.7～1.1，允许工作时间10s，点火激发方式为火花塞。喷嘴形式为同轴剪切喷嘴，流量采用音速喷嘴控制，音速喷嘴与点火器集成，减小填充容积，提高点火响应速度和减少关机后效影响。点火器本体材料采用304不锈钢制作，音速喷嘴采用黄铜制作，以紫铜为密封垫圈。当出现回火燃烧氧管意外情况、系统无法紧急响应时，在音速喷嘴处自然阻断。音前设计压力8mpa，氧音速喷嘴设计喉径0.4mm，氢音速喷嘴设计喉径0.8mm。点火器总长约160mm，身部四方尺寸为38x38mm。点火器主要关注参数为：点氧音速喷嘴前压力、点氢音速喷嘴前压力、点火器压力。音速喷嘴前为流量控制(混合比)关键参数，点火器压力为点火成功与否重要参数。
9.本发明的优点和积极效果在于：(1)采用气氢、气氧介质，火花塞作为点火激发方式，具有参数可调，可重复使用，安全性高，可靠性高的优点。(2)点火器尺寸小，重量轻，介质供应系统简单，可广泛应用于众多燃烧设备。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的基本设计方式，对于本领域内的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本发明设计的简明示意图。
11.(1)氧气入口、(2)紫铜垫片、(3)音速喷嘴、(4)点火器氢氧同轴喷嘴、(5)密封石墨垫圈、(6)电火花塞、(7)火花塞紫铜垫片、(8)点火室测压接口、(9)点火室、(10)连接件、(11)紧固螺钉、(12)氢气入口
具体实施方式
12.下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
13.点火器设计流量为6g/s，设计压力为5mpa，氢氧混合比为1，其中氢气流量为3g/s，氧气流量为3g/s，允许工作混合比为0.7～1.1，允许工作时间10s，点火激发方式为火花塞。喷嘴形式为同轴剪切喷嘴，流量采用音速喷嘴控制，音速喷嘴与点火器集成，减小填充容积，提高点火响应速度和减少关机后效影响。点火器本体材料采用304不锈钢制作，音速喷嘴采用黄铜制作，以紫铜为密封垫圈。当出现回火燃烧氧管意外情况、系统无法紧急响应时，在音速喷嘴处自然阻断。音前设计压力8mpa，氧音速喷嘴设计喉径0.4mm，氢音速喷嘴设计喉径0.8mm。点火器总长约160mm，身部四方尺寸为38x38mm。点火器主要关注参数为：点氧音速喷嘴前压力、点氢音速喷嘴前压力、点火器压力。音速喷嘴前为流量控制(混合比)关键参数，点火器压力为点火成功与否重要参数。


技术特征：
1.权利要求1：一种气氢、气氧小型火炬点火器结构，用于火箭发动机等推力室点火使用，其特征在于由氧气入口(1)、紫铜垫片(2)、音速喷嘴(3)、点火器氢氧同轴喷嘴(4)、密封石墨垫圈(5)、电火花塞(6)、火花塞紫铜垫片(7)、点火室测压接口(8)、点火室(9)、连接件(10)、紧固螺钉(11)、氢气入口(12)组成，其特征在于：点火氢气、氧气通过入口(12)、(1)经过音速喷嘴(3)后进入点火器头部同轴喷嘴(4)，氢气、氧气通过气气剪切在点火室(9)内充分混合，通过电火花塞(6)引燃，电火花塞(6)随即断电，氢气、氧气在点火室(9)内继续稳定燃烧。2.权利要求2：其特征在于：氧气入口(1)与同轴喷嘴(4)头部连接，氢气入口(12)与同轴喷嘴(4)侧面连接，氢气、氧气在同轴喷嘴流出后，氧气被包围在点火室(9)中部。3.权利要求3：控制流量的音速喷嘴(3)与点火器进行集成，减少了氢气、氧气的填充容积，可提高点火相应速度和减小关机后效影响。4.基于权利要求1，存在特征：点火器氢氧同轴喷嘴(4)和点火室(9)采用304不锈钢。5.基于权利要求1，存在特征：音速喷嘴(3)采用黄铜制作，音速喷嘴密封垫片采用紫铜垫片(2)，当出现回火燃烧氧气供应管路等意外情况、系统无法紧急响应时，在音速喷嘴(3)处可自然阻断。6.基于权利要求1，存在特征：点火室(9)上设测压接口(8)，可通过连接压力传感器测量点火室(9)压力判断点火器是是否正常燃烧。7.基于权利要求1，存在特征：可调节氧气入口(1)、氢气入口(12)的入口压力来调节点火器的燃烧混合比，实现不同的点火温度。8.基于权利要求1，存在特征：普通点火花塞(9)提供15～50mj能量。

技术总结
本发明公开了一种以气氢、气氧为介质的小型火炬点火器结构。设置氢气、氧气同轴剪切喷嘴，采用音速喷嘴控制流量，电火花塞点火。使用时，先根据混合比确定氢气、氧气音速喷嘴前压力，给火花塞通电发火，依据氢气、氧气充填建压时间，依次打开氢气、氧气供应控制阀门，即可完成氢氧燃烧点火。点火成功后，可以给火花塞断电，氢气、氧气可在点火器燃烧室内稳定燃烧。本发明采用流量控制音速喷嘴与点火器集成，减小填充容积，提高点火响应速度和减少关机后效影响。点火器本体材料采用304不锈钢制作，音速喷嘴采用黄铜制作，以紫铜为密封垫圈。当出现回火燃烧氧管意外情况、系统无法紧急响应时，在音速喷嘴处自然阻断。音速喷嘴处自然阻断。音速喷嘴处自然阻断。


技术研发人员：魏仁敏 孔凡超 张家仙 张佳 吴光中 吴薇梵 李梦桃 许腾 张小通 刘志华 夏伟 朱子勇 刘瑞敏 王占林 李广武 王成刚
受保护的技术使用者：北京航天试验技术研究所
技术研发日：2022.10.26
技术公布日：2023/1/2