一種適用于泵壓式供應系統的高壓環(huán)形射流泵的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空、航天技術領域，設及一種預增壓裝置，具體設及一種適用于累壓 式供應系統的高壓環(huán)形射流累。
【背景技術】
[0002] 航空航天飛行器需要在遠離地面的高空或太空工作。受飛行器空間尺寸和結構質 量的約束，累壓式供應系統的結構尺寸和質量受到嚴格限制。為了盡量減小結構尺寸和質 量，推進劑累的轉速越來越高。而為了減輕貶箱增壓系統的質量和規(guī)模，推進劑貶箱的壓力 越來越低。推進劑累具有的高轉速和低入口壓力的特點，要求累具有非常高的抗汽蝕性能。
[0003] 累的汽蝕性能由汽蝕比轉速C, 來衡量。普通離屯、輪的汽蝕比 轉速最多只有1500?2000,而在離屯、輪前增設誘導輪后累的汽蝕比轉速最高也只能達到 3500?4500左右。要想進一步提高累的汽蝕比轉速，必須另辟曖徑。
[0004] 一種方式是將低轉速離屯、累或類似葉片式預壓裝置作為增壓累設置在離屯、累前， 使離屯、累的入口壓力提高，可W在低的入口壓力下正常工作。但該種葉片式預壓裝置需要 額外增設驅動源，增加系統的結構尺寸和重量，使得系統復雜化，在空間尺寸緊張的情況 下，是不能夠實現的。
[0005] 一種方式是在離屯、累前設置一臺預增壓累射流累，將累后的高壓流體引入累進 口，利用累后的高壓，可提高離屯、累進口壓力，使離屯、累在高轉速和低入口壓力條件下正常 工作。
[0006] 傳統的射流累如圖2所示，由噴嘴1、入口組件2、噴管3組成。其特點是主流由側 面噴嘴外側進入，主流受到中屯、噴嘴的阻隔，入口壓力存在一定程度的損失，適應的累入 口壓力有限。此外，傳統射流累的流量比（主流流量/引射流量）通常較小，因此為了提高 射流累的效率，通常采用較小的面積比（喉部面積/噴嘴總面積），喉部面積較小。因此， 在該種情況下，當傳統射流累工作于很低的入口壓力時，射流累進口通道和喉部都將發(fā)生 嚴重堵塞，無法提供足夠的揚程給下游的離屯、累，導致下游離屯、累不能在高轉速下運轉， 將增大系統的尺寸和重量。因此，傳統射流累難W滿足高速離屯、累低入口壓力下和小空間 尺寸使用的難題。
[0007] 一種方式，采用的射流累主流體方向上依次設置有入口段管道、混合段管道、喉 管、擴壓段管道、出口段管道；其中，提供高壓流體的噴嘴布置在入口段管道上，此種方式， 雖然射流累可W在低入口壓力下使用，但是，主流體與高壓流體的流速差較大，射流累增壓 能力較低，容易造成下游的主累汽蝕，使得離屯、累難W達到高轉速和小尺寸的使用要求。

【發(fā)明內容】

[000引為了解決現有技術中離屯、累無法在低入口壓力下高速運行、W及小尺寸空間下使 用的難題，本發(fā)明提供一種結構緊湊、質量輕、抗汽蝕性能好的高壓環(huán)形射流累，使推進劑 累可w在更高轉速和更低的入口壓力下正常工作。
[0009] 本發(fā)明的具體技術方案是：
[0010] 一種適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，包括沿主流體流向依次設置的入 口段管道、混合段管道、喉管、擴壓段管道、出口段管道；其特征在于；還包括依次設置在入 口段管道與混合段管道之間的臺階段管道；所述臺階段管道包括收斂段管道和平直段管 道；所述平直段管道上設置有提供高壓流體的噴嘴。
[0011] 上述噴嘴沿圓周方向均勻開設有多個；所述噴嘴的噴射方向與主流體的流向一 致；所述噴嘴與平直段管道管壁之間的角度為銳角。
[0012] 上述臺階段管道設置有多個。
[0013] 上述噴嘴對應的外部空間設置有環(huán)形腔體；所述噴嘴通過環(huán)形腔體與高壓流體連 通。
[0014] 上述喉管截面積與多個噴嘴總截面積的比值范圍50?100。
[0015] 上述喉管的長徑比為3?6。
[0016] 上述噴嘴噴射位置的內徑為Dj = Ds+x值0-Ds);其中，DO為入口段管道直徑，Ds 為喉管直徑，Dj為噴嘴噴射位置的內徑；X為系數，0《X《l(x = 1時，噴嘴位于入口 段管道，X =0時，噴嘴位于喉管段，〇<x<l時，噴嘴位于臺階型管道的平直段）。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0018] 1、本發(fā)明的高壓環(huán)形射流累的主通道是沿軸向布置的，主流不受阻隔，因此沒有 拐彎、撞擊損失，大大提高了自身的抗汽蝕性能。
[0019] 2、本發(fā)明采用臺階段管道，使得噴嘴的噴射位置直徑小于入口段管道直徑。由于 主流通道的收縮，因此提高了滲混前主流的流速，減小了主流與高壓引射流體之間的速度 差，使得射流累的滲混效率高，射流累的揚程高，提高了主累進口的能量，允許主累在高 轉速下運轉，減小離屯、累和供應系統的尺寸和重量.
[0020] 3、本發(fā)明與常規(guī)的射流累相比，喉管截面積與多個噴嘴總截面積的比值比較大， 范圍為50?100。流體流經射流累時的動壓降小，允許射流累在非常低的入口壓力下正常 工作。
[0021] 4、本發(fā)明的噴嘴采用斜向貼壁噴射，主流與工作流體的夾角較小，因此兩股射流 的動量滲混損失小，可W達到很高的滲混效率，使射流累的效率和揚程提高。
[0022] 5、本發(fā)明結構緊湊、軸向尺寸小。由于采用了軸向多點噴射技術，因此射流累的滲 混效率很高，用很短的距離即可完成動量交換，喉管的長徑比可W選擇較小的3?6。較短 的喉管長度，可W幅縮短射流累的軸向長度和重量。該點在空間布局比較緊張的情況下優(yōu) 勢明顯。
【附圖說明】
[0023] 圖1為累壓式供應系統中射流累的安裝功能圖；
[0024] 1-高壓環(huán)形射流累、2-離屯、累、3-驅動機、4-高壓引流管路。
[0025] 圖2為傳統射流累的結構示意圖；
[0026] 1-入口部件；2-喉管部件；3-噴嘴；
[0027] 圖3為本發(fā)明一組噴嘴的結構示意圖；
[002引圖4為本發(fā)明多組噴嘴的結構示意圖。
[0029] 1-主通道；2-環(huán)腔蓋板；3-引射接管嘴；4-噴嘴、11-入口段管道；12-混合段管 道；13-喉管、14-擴壓段管道；15-出口段管道混合段；16-臺階段管道；161-收斂段管道、 162-平直段管道；
【具體實施方式】
[0030] 如圖1所示，累壓式供應系統包括高壓環(huán)形射流累1、離屯、累2、驅動機3 W及高壓 引流管路4等組成；高壓射流累1主流進口與上游管路相連接，高壓流體通過高壓引射管路 4與離屯、累2后管路相連接，混合流出口與離屯、累2的進口相連接。高壓環(huán)形射流累1利用 離屯、累2出口的一股高壓，對上游管路來的低壓流體進行增壓，提高離屯、累2進口的壓力， 使得離屯、累2可W工作在很高的轉速，取得小的結構尺寸和重量。
[0031] 如圖3所示，本發(fā)明的高壓環(huán)形射流累1包括沿主流體的流向依次設置的入口段 管道11、混合段管道12、喉管13、擴壓段管道14、出口段管道15 ;其改進之處是：該管道還 包括依次設置在入口段管道11與混合段管道12之間的臺階段管道16 ;臺階段管道16包 括收斂段管道161和平直段管道162 ;平直段管道162上設置有提供高壓流體的噴嘴4。
[0032] 特別之處還在于，噴嘴4沿圓周方向均勻開設有多個；噴嘴4的噴射方向與主流體 的流向一致；噴嘴4與平直段管道162管壁之間的角度為銳角；，
[0033] 特別之處還在于，如圖4該高壓環(huán)形射流累1在入口段管道11與混合段管道12 之間還可依次設置多個臺階段管道16,而且每個臺階段管道16的平直段管道162上都均設 置有噴嘴4,噴嘴4在圓周方向上均勻開設多個。
[0034] 特別之處還在于，該高壓環(huán)形射流累1在噴嘴4對應的外部空間設置有環(huán)形腔體 2 ;噴嘴4通過環(huán)形腔體2與高壓流體連通，高壓流體通過引射接管嘴3引入環(huán)形腔體2。
[0035] 另外，需要說明的是，所述喉管13截面積與多個噴嘴4總截面積的比值范圍50? 100 ；
[0036] 所述喉管13的長徑比為3?6。
[0037] 由于累壓式供應系統的工作需要（需要高壓環(huán)形射流累能夠適應較低的入口壓 力，同時需要高壓環(huán)形射流累有較高的噴射效率和揚程），需要定義噴嘴噴射位置的內徑尺 寸；
[003引設高壓環(huán)形射流累的入口段管道直徑和喉管直徑分別為DO和化、系數X ;噴嘴噴 射位置的內徑為Dj = Ds+ X值0-Ds)。
[0039] 其中，系數X通過射流累抗汽蝕性能和射流累效率權衡確定，0《X《1 ;(x = 1時，噴嘴位于入口段管道，X = 0時，噴嘴位于喉管段，0<x<l時，噴嘴位于臺階型管道的 平直段）。
[0040] 在射流累的入口直徑DO和喉管直徑化一定的情況下，系數X越大，噴射位置越 靠近入口段，射流累所能適應的入口壓力越低；系數X越小，噴射位置越接近喉管，射流累 的效率和揚程越高。
【主權項】
1. 一種適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，包括沿主流體的流向依次設置的 入口段管道、混合段管道、喉管、擴壓段管道、出口段管道；其特征在于；還包括依次設置在 入口段管道與混合段管道之間的臺階段管道；所述臺階段管道包括收斂段管道和平直段管 道；所述平直段管道上設置有提供高壓流體的噴嘴。
2. 根據權利要求1所述的適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，其特征在于：所 述噴嘴沿圓周方向均勻開設有多個；所述噴嘴的噴射方向與主流體的流向一致；所述噴嘴 與平直段管道管壁之間的角度為銳角。
3. 根據權利要求2所述的適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，其特征在于：所 述臺階段管道設置有多個。
4. 根據權利要求2或3所述的適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，其特征在于： 所述噴嘴對應的外部空間設置有環(huán)形腔體；所述噴嘴通過環(huán)形腔體與高壓流體連通。
5. 根據權利要求4所述的適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，其特征在于：所 述喉管截面積與多個噴嘴總截面積的比值范圍50?100。
6. 根據權利要求5所述的適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，其特征在于：所 述喉管的長徑比為3?6。
7. 根據權利要求6所述的適用于累壓式供應系統的高壓環(huán)形射流累，其特征在于：所 述噴嘴噴射位置的內徑為Dj = Ds+x值0-Ds);其中，DO為入口段管道直徑，化為喉管直 徑，Dj為噴嘴噴射位置的內徑；X為系數，0《X《1。
【專利摘要】本發(fā)明屬于航空、航天技術領域，具體涉及一種適用于泵壓式供應系統的高壓環(huán)形射流泵。該高壓環(huán)形射流泵包括沿主流體的流向依次設置的入口段管道、混合段管道、喉管、擴壓段管道、出口段管道；其特征在于：還包括依次設置在入口段管道與混合段管道之間的臺階段管道；所述臺階段管道包括收斂段管道和平直段管道；所述平直段管道上設置有提供高壓流體的噴嘴。該高壓環(huán)形射流泵不僅結構緊湊、質量輕、抗汽蝕性能好，而且可以滿足在高轉速和低的入口壓力下的工況下正常工作。
【IPC分類】F04F5-44, F04D29-66, F04F5-00, F04F5-46
【公開號】CN104533846
【申請?zhí)枴緾N201410783618
【發(fā)明人】李永鵬, 陳暉 , 逯婉若, 杜玉潔, 許開富, 王文廷, 李春樂, 卜學兵, 王曉鋒
【申請人】中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月16日