燃气发生器

燃气发生器是产生具有一定压力及温度的燃烧气体作为涡轮的工质的装罝。一般由压气机、燃料泵及燃烧室等部件及其附属系统组成。

设计原理

由于影响燃气发生器实际工作过程的因素多种多样，试验研究又非常复杂，因此到目前为止，还没有通用和严格的燃气发生器设计方法。在设计燃气发生器时，主要采用经验方法。燃气发生器的设计目标可以归纳如下：

②启动和关机过程平滑，没有陡的温度峰、压力振荡或过量的未燃推进剂；

④能够保持安全关机，不需要复杂的吹除和泄出系统；

⑤对于需要多次启动的发动机系统，能够实现再启动。

工作特点

（1）燃气温度低。一般为650〜900°C,主要取决于涡轮叶片材料的许用温度。

（4）停留时间长。一般为5〜12ms，以保证出口温度均匀，避免燃气局部温度升高，烧蚀涡轮叶片。自燃推进剂的停留时间选择小些，而液氧/煤油非自燃推进剂的停留时间选择大些。

结构

喷注器

燃烧室

燃气发生器的燃烧室是冷却式的，采用再生冷却或辐射冷却。再生冷却的燃烧室，有波纹板结构的，铣槽结构的和压坑点焊结构的。再生冷却可以减少散热损失，降低室壁的温度，提高承载能力，减轻质量。

根据燃气的停留时间，确定燃烧室的容积，求出它的直径和长度。

喷管

燃气发生器的喷管只由收敛段组成。因为喉部出口与涡轮喷嘴相连。收敛段采用单壁的锥形壳体。

装配

（1）在喷注面中心区，选择较高的余氧系数。四氧化二氮/肼类燃料，中心区的余氧系数α≈0.12～0.20。保证可靠点火，持续稳定燃烧；

（2）选择较高的喷嘴压降，改善雾化混合质量，防止出现低频不稳定燃烧；

类型

在液体火箭发动机中采用的燃气发生器可按所使用推进剂的类型分为固体推进剂燃气发生器和液体推进剂燃气发生器。液体燃气发生器根据组元的数量可分为单组元、双组元和三组元液体燃气发生器。

典型产品

RD-120发动机的燃气发生器

RD-120发动机的富氧燃气发生器如图4.12所示，是一个采用钎焊焊接而成的不可拆卸的整体，由头部和身部及清洗管嘴和测量管嘴等组成。

顶盖形状为一个球冠，材料为钢。顶盖与中底之间形成的燃料腔很小，这样设计的目的主要有：

①使燃气发生器启动性能变得更好。在发动机启动时，点火剂要经燃料腔进人燃烧室，燃料腔小可使点火剂迅速充满燃料腔而进入燃料喷嘴，实现迅速着火，并减小对点火剂量的要求。

燃气发生器的身部由钎焊圆筒段、球壳、出1：3管和过渡段等零、部、组件组成。钎焊圆筒段

SSME发动机的液体燃气发生器

燃气发生器采用了由三块径向板件组成的防振隔板4及设置在喷注器周边的一圈声腔5,，以保证其燃烧稳定性。在涡轮入口的燃气流中，任一点的燃气温度与额定值的偏差不得超过±42K。

点火器在发动机启动时工作3s，产生高温燃气，点燃液体燃气发生器中的推进剂。

RD-119发动机的燃气发生器

RD-119发动机的燃气发生器（见图4.17）采用了热分解方式。燃气发生器由外壳、插入部件、点火药与点火器组成。外壳由壳体1和外盖9组成。壳体与盖均用耐热合金制成，在壳体的底部焊有转接管19，后者将燃气发生器与涡轮的喷嘴集气环相连；还焊有套管嘴2，通过此管嘴将燃料（偏二甲肼）导入燃气发生器中。

插入部件由喷雾器7、药柱及炭质填料8组成。空心的喷雾器7呈方形截面，与套管嘴采用螺纹连接，中间有垫片。在喷雾器上焊有多个离心式喷嘴16。药柱为空心圆柱体，处于喷雾器与炭质填料之间，并用弹簧支架10压在支承环4上。圆柱形的炭质填料填装在布满小孔的内、外杯套（图4.17中的5与6)之间。

装有药柱与炭质填料的内腔在壳体一边用下底3密封：炭质垓料腔在内盖一边还用两个切开的环形件14进行补充密封，此二环形垫片装在内盖15的环形槽中，为了保证在插入部件与壳体之间的间隙，在外杯套上焊有多个肋条与细棒。点火药11装在外盖一边，为了将其点燃，在外盖的端头装有由引火药12与两个电爆管13组成的点火器。

药柱产生的燃烧产物在发动机启动时一方面用于驱动涡轮旋转，另一方面用于对炭质填料进行加热，以便燃料进入热分解过程。在发动机启动时，给点火器的电爆管通电，从而引燃点火药。药柱燃烧形成的燃气通过内杯套上的许多孔进入炭质填料腔，对填料进行加热；再通过外杯套上的许多孔及外杯套与壳体之间的间隙流向自然破裂膜片18。此膜片装在转接管内，用螺母17压紧，膜片的功用是将燃气发生器的内腔密封，以便在保管期间使药柱与外界介质隔离，并有利于在点燃药柱时建立初始压力。在一定的压力下膜片破裂，燃气进入涡轮.。大约在药柱燃尽的前0.2s内，加热了的燃料通过推力室冷却通道进入喷雾器。燃料通过喷嘴喷入药柱已燃尽的空腔，通过内杯套上的孔流向已被加热的炭质填料。在药柱燃烧的燃气和炭粒的高温作用下，雾状燃料被加热到分解温度，在分解过程中放出热量，形成气体，放出的热量对炭质填料保持加热，从而可保证随后喷入的燃料的分解。形成的气体通过外杯套上的大量孔及其与壳体之间的间隙，经过转接管进入涡轮。