中国航天工业总公司航天工业行业标准
QJ 3083- 99
液体火箭发动机燃气发生器设计规范
1主题内容与适用范围
序及方法等. 本标准规定了液体火箭发动机（以下简称发动机）燃气发生器的设计依据、准则、程
本标准适用于可贮存双组元自燃推进剂燃气发生器（以下简称发生器）的设计.
2引用标准
GJB1310-91设计评审
3符号
A.--涡轮声速喷嘴喉部截面总面积，m²； A.- 一第i区喷注面面积，m²；d--发生器喷注面直径即燃烧直径，m；L-燃烧室圆筒段长度，m； n -第i区喷嘴数；Pa 一发生器压力，Pa；9ng" 发生器推进剂质量流量（简称流量，以下同），kg/s；And 发生器平均流量密度（单位面积通过的流量），kg/（m²s）； 第区流量密度，kg/（m²s）；qms 单个喷嘴流量，kg/s；q qm 第/区流量，kg/s；R 燃气气体常数，J/（kgK）；Ta 燃气停留时间，s； 燃气温度，K；va 收效段容积，m²；v 发生器有效容积，m²收敛段收效半角，（°）： 发生器中心区余氧系数；
6-收敛段壁厚，m.
4设计依据
发生器设计的依据是设计任务书，即发动机系统、发动机总体对发生器提出的参数设计及结构设计要求.一般应包括下列内容：
a.推进剂组元及其标准或技术条件：b.发生器压力；c.发生器推进剂流量；e.发生器出口（即涡轮人口）燃气温度及对温度场的均匀性要求： d.发生器推进剂组元（质量）混合比或余氧系数；f.发生器出口单位质量燃气做功能力；g.涡轮声速喷嘴喉部截面总面积；h.发生器氧化剂系统和燃料系统人口压力最高允许值； i.工作时间（一次连续工作时间和多次累计工作时间）；1.工作方式（一次起动或多次起动，固定工况或变工况）；k.可靠性设计要求；m.结构质量要求. 1.测点位置、外廊尺寸及接口要求；
5设计准则
发生器设计时应满足下列要求：
a.具有良好的工作稳定性；c.冷却良好，强度可靠； b.出口燃气温度场均匀；d.结构材料与推进剂和燃气的相容性好：e.充分继承国内外的成熟技术，具有较好的先进性；f.结构简单、工艺性好，结构质量小.
6设计程序
发生器设计程序框图如图1.
7设计方法
7.1方案论证与方案评审
7.1.1全面分析设计任务书提出的各项技术要求，明确技术关键和所需采取的技术措施. 7.1.2广泛收集、整理国内外有关技术资料，根据设计任务书的具体要求，就发生器总体方案、燃烧的组织及头部结构方案（包括喷嘴型式及其排列）、冷却方式及身部结构方案等
进行选择，提出多个方案.
7.1.3对各个方案进行初步设计计算，画出方案草图，写出方案论证报告.
7.1.4按GJB1310的规定，组织同行专家，对提出的各个方案从保证燃烧的稳定性和出口燃气温度场的均匀性、结构强度及冷却的可靠性、设计的先进性和继承性、加工的工艺 性和经济性等方面进行评审，通过评审的方案方可进行正式设计.
图1发生器设计程序框图
7.2总装设计
发生器的结构，可分为头部和身部两大部分.
发生器总装设计是采用适当的结构形式将头部和身部连接起来，并保证发动机总装对发生器外廓尺寸及接口的要求.典型的发生器结构示意图如图2.
图2发生器结构示意图1-头部；2-身部
7.2.1连接形式选择
头部、身部连接形式有可拆卸连接与不可拆卸连接两种.
可拆卸连接是通过螺栓或螺钉，将头部法兰与身部法兰连接起来，两法兰之间用密封件密封.设计时要选择适当的密封结构，保证法兰的刚度、螺栓或螺钉的间距及强度.这种结构一般用于研制初期方案选择.
底与身部外壁焊接在一起.发生器一般都采用不可拆卸连接. 不可拆卸连接一般是将头部内底与身部内壁直接熔焊在一起，再通过搭接环将头部中
7.2.2搭接环设计
搭接环一般为锥筒件，大、小端内径应和头部中底外径与身部的外壁外径相协调，高度取决于结构和工艺的需要，厚度由总承载强度确定.搭接环一般用板材滚压成形，焊接 装配前常分成两半.
7.2.3滤网设计
一般在头部人口与身部冷却通道出口部位安装滤网.滤网成锥筒形，小端一般点焊在头部内底上，大端点焊在头部中底上，并压在搭接环的下面.网孔径的选择应保证喷嘴 的最小孔径或间隙不被杂质所堵塞.
7.2.4接口设计
按发动机的总装要求，协调进出口及测量管嘴的结构形式、尺寸和位置，具体设计可分别放在头部和身部设计中进行.
7.3头部设计
发生器头部一般为三层底、上下腔结构.内底、中底和喷嘴通过钎焊连接组成底部组
件和下腔，底部组件再与外底焊接形成上腔.作为再生冷却的推进剂组元一般进人下腔，另一推进剂组元则通过外底上的进口管进人上腔.发生器头部结构示意图如图3.
图3发生器头部结构示意图
1-内底：2-中底：3-外底：4-嘴； 5-泌网组件：6-转接座；7-进口管：A-上腔；B-下腔
7.3.1喷嘴排列设计
喷嘴排列设计直接关系到发生器的工作性能和工作稳定性，设计时，必须做到：
a.喷嘴排列要对称、均匀、密集；b.流量密度和混合比分布合理； c.喷注面、燃烧室壁冷却可靠.
7.3.1.1流量密度选择及其分布设计
在发生器中，流量密度越高，由扰动引起的过压可能性越大.发生器平均流量密度应量密度一般为200~800kg/（m²s）即20~80g/（cm²s）. 参考相近型号发生器的平均流量密度来选取.目前，采用泵压式燃气发生器循环的平均流
发生器头部流量密度分布在保证燃烧稳定性和冷却可靠的前提下力求流量密度均匀.
7.3.1.2余氧系数及其分布设计
平均余氧系数是在发动机系统设计时根据涡轮对单位质量燃气做功能力的要求和涡轮叶片对入口温度的限制来确定.
富燃发生器，平均余氧系数远远小于1，易导致点火困难及燃烧稳定性差.为了保证可靠点火和稳定燃烧，头部余氧系数的分布应恰当.设计时，通常将头部分成两个区域，中心区保持较高的余氧系数，这样可保证在中心区形成持续稳定的火焰峰，其余燃料则在 边区喷人以冷却燃烧室壁和降低燃气温度.表1是几种推进剂组合的发生器中心区余氧系数α的参考取值范围.发生器中心区余氧系数的大小与组织燃烧的条件有一定关系，如雾化、混合较差、流量密度较大时，应取表1中较大值.
7.3.1.3喷注面直径的确定
选定的喷嘴型式、喷嘴个数及喷嘴间距和喷嘴排列方式，最后确定发生器喷注面直径. 圆简形发生器的喷注面直径即燃烧室直径，初步确定时按公式（1）计算.然后，根据
