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推力室

火箭发动机中完成推进剂能量转化和产生推力的组件。固体火箭发动机的推力室就是发动机本身。液体火箭发动机的推力室由喷注器、燃烧室和喷管组成(图1)。

图喷注器

使推进剂按一定流量和混合比进入燃烧室雾化、混合和燃烧,对燃烧效率和燃烧稳定性有重要影响。喷注器按喷注方式分为直流式、离心式和同轴式三种。喷注器上有时还装有隔板、声腔等抑制燃烧不稳定性的装置(见火箭发动机燃烧不稳定性),对非自燃推进剂还装有点火装置。

(1)直流式喷注器:有很多小直流通孔,推进剂通过小孔形成雾状小锥角射流喷入燃烧室。直流式喷注器常由两股或多股射流相互撞击,以促进雾化和混和。相应的喷注器分别称为二击式、三击式或多击式喷注器。推进剂相同组元射流相撞的称为自击式,推进剂不同组元射流相撞的称为互击式,平行射流互不相撞的称为淋浴式,射流喷射到溅板上的称为溅板式(图2a)。直流式喷注器结构简单紧凑,适用于大推力室。

图

(2)离心式喷注器:由许多作为基本喷注单元的喷嘴组成。在喷嘴内装有涡流器或在喷嘴侧壁上钻有切向孔(图2b),可以使推进剂在喷嘴中形成旋涡流动,喷入燃烧室以造成较大角度的锥形喷雾,借以改善雾化和混合效能。这种喷注器的雾化效果较好,但结构较复杂,尺寸较大。

(3)同轴式喷注器:由许多同轴的喷嘴组成(图2c),适用于液氧液氢发动机。同轴式喷注器的内喷嘴喷出液氧,它可以是离心式的或直流式的。液氢经推力室的冷却套加热气化后,由同轴喷嘴的环形空隙喷出,与液氧混合后燃烧。

燃烧室

推进剂雾化、混合和燃烧的容腔。燃烧室承受高温燃气压力,通常为圆柱形。它连同喷管一起做成各种形式的冷却套,如管束式(由许多变截面管钎焊而成)、波纹板式(由内外壁和中间的波纹形板钎焊而成)、铣槽式(铣槽内壁和外壁直接钎焊而成)等。推进剂中的一种组元从冷却套流过,带走高温燃气传给壁的热量,同时还可采用薄膜冷却,以保证燃烧室的可靠工作(见发动机冷却)。

喷管

将燃烧产物的热能转变为动能,以产生高速射流。火箭发动机的喷管都是超音速喷管。喷管面积比根据发动机的要求选择,一般在10以上,最大的可达400。喷管应保证气流流动损失小,出口气流尽量与轴线平行,并且重量轻。常用的形状有锥形和钟形。锥形喷管制造方便,而钟形喷管可以缩短喷管长度。喷管除采用再生冷却外,对单壁结构的喷管延伸段还可采用涡轮排气薄膜冷却、辐射冷却和烧蚀冷却等。其他新型喷管如塞式喷管、膨胀偏转喷管、回流喷管、平流喷管等尚处于研究阶段。