本發(fā)明屬于固體火箭沖壓發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量自動調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
固體火箭沖壓發(fā)動機具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、成本低、比沖高等優(yōu)點，是一種應用十分廣泛的動力形式。為實現(xiàn)發(fā)動機的推力調(diào)節(jié)，更好地發(fā)揮發(fā)動機的性能，固體火箭沖壓發(fā)動機需進行燃氣流量調(diào)節(jié)。
固體火箭沖壓發(fā)動機根據(jù)燃氣流量調(diào)節(jié)方案的不同可分為非壅塞式和壅塞式等。非壅塞式發(fā)動機補燃室壓力可傳遞至燃氣發(fā)生器，可根據(jù)飛行狀態(tài)自行調(diào)節(jié)燃氣流量。但非壅塞式發(fā)動機的燃氣流量調(diào)節(jié)范圍較小，燃氣發(fā)生器推進劑需具有較高的壓力指數(shù)，難以維持相對穩(wěn)定的空燃比，使其應用受到限制，目前使用少。壅塞式發(fā)動機通過流量調(diào)節(jié)閥控制燃氣發(fā)生器的噴管喉部面積進行燃氣流量的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)的流量調(diào)節(jié)范圍較大。其中機電傳動方式采用電機對調(diào)節(jié)閥進行驅(qū)動，結(jié)構(gòu)相對簡單，應用較廣。南京理工大學趙澤敏、陳雄、周俊的專利文件CN103410632B“電動錐閥式固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調(diào)節(jié)裝置”以及該校鄒晗霆等申請的專利CN105201687A“電動滑盤閥式固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調(diào)節(jié)裝置”分別公開了一種“電動錐閥式”和“電動滑盤閥式”固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調(diào)節(jié)裝置，均是通過驅(qū)動電機對調(diào)節(jié)閥進行調(diào)整，從而控制燃氣流量，需要配備電機及供電電源，增加了發(fā)動機的體積和質(zhì)量，同時也增加了調(diào)節(jié)裝置的復雜度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量自動調(diào)節(jié)裝置，解決壅塞式發(fā)動機流量調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)復雜，需額外配備驅(qū)動源的問題，減小發(fā)動機體積和質(zhì)量，實現(xiàn)燃氣流量根據(jù)飛行工況進行自動調(diào)節(jié)，無需控制系統(tǒng)參與。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量自動調(diào)節(jié)裝置，包括燃氣發(fā)生器、噴管、補燃室，其噴管喉部處側(cè)面有開孔，內(nèi)配合裝有閥芯，閥芯的另一側(cè)伸入閥體內(nèi)，閥芯下部直徑與閥體內(nèi)徑一致，閥芯下部將閥體分隔成高壓閥腔和低壓閥腔兩個空腔，閥芯與閥體同軸設置，閥芯可在噴管內(nèi)進行直線運動，通過調(diào)節(jié)閥芯伸入噴管的距離，可改變噴管喉部面積的大小， 從而對燃氣流量進行調(diào)節(jié)；高壓閥腔與補燃室連通，高壓閥腔內(nèi)壓力與補燃室壓力一致；低壓閥腔開有通氣孔，使低壓閥腔與大氣連通，低壓閥腔內(nèi)的壓力與當?shù)丨h(huán)境大氣壓力一致；低壓閥腔內(nèi)的閥芯上安裝彈性元件。
進一步，所述彈性元件為彈簧，套在閥芯上。
進一步，所述閥體和閥芯下部之間安裝閥腔密封圈，起兩個閥腔間的密封作用。
進一步，所述噴管與閥芯之間裝有噴管密封圈，用于噴管內(nèi)燃氣與外界大氣間的密封。
進一步，所述閥體內(nèi)的高壓閥腔與補燃室通過導管連通。
本發(fā)明的工作原理：
作用在閥芯軸線方向上的力主要包括高壓閥腔內(nèi)氣體壓力、低壓閥腔內(nèi)氣體壓力、當?shù)卮髿猸h(huán)境壓力、噴管喉部燃氣壓力、彈簧力和摩擦力。發(fā)動機工作過程中，上述作用力使閥芯平衡在某一設計位置。當飛行狀態(tài)發(fā)生變化時，假設空氣流量增加，會引起補燃室壓力增大，從而高壓閥腔內(nèi)氣體作用在閥芯上的壓力增大，驅(qū)動閥芯往低壓閥腔一側(cè)運動；閥芯的運動使得噴管喉部有效面積減小，燃氣發(fā)生器壓力增大，燃氣發(fā)生器藥柱燃速增加，燃氣流量增大；閥芯的運動同時使彈簧壓縮量增大，彈簧力增大，燃氣發(fā)生器壓力增加也使噴管喉部燃氣壓力增大，當閥芯軸線方向的作用力達到平衡時，閥芯重新穩(wěn)定于新的位置?？諝饬髁吭黾訒r，燃氣流量相應增加，可保持發(fā)動機的空燃比相對穩(wěn)定，有利于發(fā)揮發(fā)動機性能；同時空氣流量增加對應彈體阻力增大，燃氣流量的增加使得推力增大，有助于推阻的自動匹配。同樣，當空氣流量減小時，閥芯自動向高壓閥腔一側(cè)運動，燃氣流量相應自動減小。
本發(fā)明的有益效果：
相比常規(guī)的液壓傳動、氣壓傳動、機電傳動燃氣流量調(diào)節(jié)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)更簡單，且無需配備額外的驅(qū)動能源，有效減小了調(diào)節(jié)裝置的體積和質(zhì)量；同時無需控制系統(tǒng)進行控制，減小了發(fā)動機的設計難度；空氣流量增大時，燃氣流量自動增大，可使空燃比維持相對穩(wěn)定，有利于提高發(fā)動機性能；同時，空氣流量增大時，燃氣流量自動增大使推力增大，有助于推阻自動匹配；燃氣流量調(diào)節(jié)范圍可通過喉部面積大小范圍自行設計，解決了非壅塞式發(fā)動機流量調(diào)節(jié)比較小、對推進劑壓力指數(shù)要求高的問題；燃氣流量自動調(diào)節(jié)，同時解決了普通壅塞式發(fā)動機調(diào)節(jié)裝置復雜龐大的問題；該發(fā)明同時具備非壅塞式固體火箭沖壓發(fā)動機與壅塞式固體火箭沖壓發(fā)動機的優(yōu)點；相比轉(zhuǎn)動閥體結(jié)構(gòu)，直線運動更易實現(xiàn)噴管喉部面積的線性變化，有利于燃氣流量調(diào)節(jié)的精確控制。
附圖說明
圖1固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量自動調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖；
其中：1-燃氣發(fā)生器，2-噴管，3-補燃室，4-閥芯，5-閥體，6-高壓閥腔，7-低壓閥腔，8-彈簧，9-閥腔密封圈，10-噴管密封圈，11-導管
具體實施方式
除了下面所述的實施例，本發(fā)明還可以有其它實施例或以不同方式來實施。因此，應當知道，本發(fā)明并不局限于在下面的說明書中所述或在附圖中所示的部件的結(jié)構(gòu)的詳細情況。當這里只介紹一個實施例時，權(quán)利要求并不局限于該實施例。
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的具體實施方法進行進一步的說明：
如圖1所示，燃氣發(fā)生器1燃燒產(chǎn)生的燃氣流經(jīng)噴管2后進入補燃室3，燃氣在噴管最小截面即喉部處達到壅塞。
在噴管喉部處側(cè)面有開孔，內(nèi)配合裝有閥芯4，噴管2與閥芯4之間裝有噴管密封圈10，用于噴管內(nèi)燃氣與外界大氣間的密封，閥芯4可在噴管側(cè)向開孔內(nèi)進行直線運動，通過調(diào)節(jié)閥芯4伸入噴管2的距離，可改變噴管喉部面積的大小，從而對燃氣流量進行調(diào)節(jié)。
所述的閥芯4的另一側(cè)伸入閥體5內(nèi)，閥體5內(nèi)裝有閥腔密封圈9、閥芯4和彈性元件彈簧8，閥芯4下部將閥體5分隔成高壓閥腔6和低壓閥腔7兩個空腔，閥腔密封圈9安裝于閥體5和閥芯4之間，起兩個閥腔間的密封作用；低壓閥腔7的閥芯4上套有彈簧8，閥芯4與閥體5同軸設置，閥芯4在閥體5的約束下可沿其軸線方向作直線運動；閥體5內(nèi)的高壓閥腔6通過導管11與補燃室3連通，使高壓閥腔6內(nèi)壓力與補燃室3壓力一致；閥體5內(nèi)的低壓閥腔7一端開有通氣孔，使低壓閥腔7與大氣連通，低壓閥腔7內(nèi)的壓力與當?shù)丨h(huán)境大氣壓力一致。
本發(fā)明的燃氣流量自動調(diào)節(jié)過程如下：
作用在閥芯4軸線方向上的力主要包括高壓閥腔6內(nèi)的氣體壓力、低壓閥腔7內(nèi)的氣體壓力、當?shù)卮髿猸h(huán)境壓力、噴管喉部燃氣壓力、彈簧力和摩擦力。發(fā)動機工作過程中，上述作用力使閥芯4平衡在某一設計位置。當飛行狀態(tài)發(fā)生變化時，假設空氣流量增加，會引起補燃室壓力增大，高壓閥腔6內(nèi)氣體作用在閥芯4上的壓力增大，驅(qū)動閥芯4往低壓閥腔7一側(cè)運動；閥芯4的運動使得噴管喉部有效面積減小，燃氣發(fā)生器壓力增大，燃氣發(fā)生器1內(nèi)的推進劑燃速增加，燃氣流量增大；閥芯4的運動同時使彈簧8壓縮量增大，彈簧力增大，燃氣發(fā)生器壓力增加也使噴管2喉部燃氣壓力增大，閥芯4運動到一定位置后，軸線方向的作用力達到平衡，閥芯4重新穩(wěn)定于新的位置?？諝饬髁吭黾訒r，燃氣流量相應增加，可保 持發(fā)動機的空燃比相對穩(wěn)定，有利于發(fā)揮發(fā)動機性能；同時空氣流量增加對應彈體阻力增大，燃氣流量的增加使得推力增大，有助于推阻的自動匹配。同樣，當空氣流量減小時，閥芯4自動向高壓閥腔7一側(cè)運動，燃氣流量可相應自動調(diào)節(jié)減小。