CN101852146A - 新型氢氧小发动机头部 - Google Patents

Abstract

新型氢氧小发动机头部属于火箭发动机领域。新型氢氧小发动机头部由点氧喷嘴(1)、氢焊接嘴(2)、氢喷嘴(3)、铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧喷嘴(11)、封头(12)组成。利用发动机推进剂喷入谐振管时的谐振加热现象对发动机实施点火。采用结构简单、可靠性高的新型气动谐振点火技术；在结构设计上实现点火装置与小发动机头部有机结合；实现同轴氢氧谐振点火器尺寸小型化。

Description

新型氢氧小发动机头部

【技术领域】

本发明涉及一种新型氢氧小发动机头部的结构装置。

【背景技术】

当飞行器执行飞行程序时，需要完成其中一些控制操作：如轨道变换、在空间的定向与稳定、与其他飞行器的交会与对接、减速、下降和着陆。这些操作一般由控制飞行器的反作用力操控系统来实现，其执行机构即为小推力火箭发动机。除用于控制系统外，小推力火箭发动机还用主发动机的起动保证系统，用于产生过载以保证液体组元进入蓄液装置、飞行器部件的分离系统、火箭起飞时发生事故情况下航天器保护系统以及软着陆系统等等，小推力发动机的性能好坏直接影响到飞行器的操控精度及使用寿命。

气氢/气氧变轨小发动机属于小推力液体火箭发动机。氢氧属于非自燃推进剂，必须要有一定的点火装置。通常，非自燃推进剂的小发动机，采用电火花点火系统来启动小推力发动机。由于电点火系统需要包括变压器的高压电路系统及电火花塞点火器，航天器辅助推进装置不包括高能火花塞(其直径为43.1mm，长度94mm)的电点火装置重量为635g，其尺寸和重量都比较大，见文献Rollbuhler R.J.《Experiment performance of a water electrolysis rocket》，编号NASA TM X-1737，1968.而航天飞机主发动机为了保证电火可靠性，通常每个点火室头部需要采用两个电点火器作为安全备用，美国航天飞机主发动机的火花塞点火室的喷注器、燃烧室及电火花塞结构等见文献《氢氧火箭发动机》。如果将电点火装置系统用于小推力发动机，整个小推力发动机头部的体积和重量将会大大增加。此外，电点火系统易受太空射频和静电干扰，在太空条件高压电路系统工作可靠性差，电火花塞也常因污染产生故障。传统电点火装置系统在重量和可靠性等方面与小推力发动机不相匹配，成为制约氢氧小发动机研究开发的瓶颈，所以对于非自燃推进剂的小推力发动机一直在探索与研究新的点火原理与方案。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种简单、可靠、小推力发动机头部结构尺寸小的点火及结构方案。本发动机要解决的问题是：采用结构简单、可靠性高的新型气动谐振点火技术；在结构设计上实现点火装置与小发动机头部有机结合；实现同轴氢氧谐振点火器尺寸小型化。

新型氢氧小发动机头部由点氧喷嘴(1)、氢焊接嘴(2)、氢喷嘴(3)、铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧喷嘴(11)、封头(12)组成。利用发动机推进剂喷入谐振管时的谐振加热现象对发动机实施点火。

新型氢氧小发动机头部具有的优点有：(a)将点火装置和推力室头部合二为一，头部尺寸小，质量轻；(b)结构简单、紧凑，去掉了电点火系统中的高压电路系统合高能电火花塞；(c)点火装置不需防射频、防静电，也不会产生高频电火花干扰空间站上的仪器设备；(4)可靠性高，各部分焊接连接，没有可移动零件，没有易堵、易卡的小阀门等不安全因素；(5)主氧喷嘴倒角处开孔有利于掺混燃烧；(6)先通过谐振加热点火装置点燃全部氢气和部分氧气，形成的燃气再与主氧进行燃烧的方式有利于燃烧效率的提高；(7)氢气全部从点火器进入简化了系统的结构。

【附图说明】

图1是新型氢氧小发动机头部。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明进行进一步说明

小推力发动机头部如图1所示。该小推力发动机头部由点氧喷嘴(1)、氢焊接嘴(2)、氢喷嘴(3)、铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧喷嘴(11)、封头(12)组成。

点氧喷嘴(1)装在氢喷嘴(2)中，点氧喷嘴(1)位于中心，两者同轴，通过焊接方式连接。氢喷嘴(3)侧面开孔，并与氢焊接嘴(2)通过焊接相连接。点氧喷嘴(1)、氢喷嘴(2)与氢焊接嘴(3)共同构成点火器喷嘴结构。

铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)构成谐振加热点火装置。铌片(4)卡在谐振腔(5)与谐振管(6)之间，谐振腔(5)侧面开有排气孔，铌片(6)覆盖住谐振管端面金属部分，谐振腔(5)与谐振管(6)通过焊接方式连接。谐振头(7)位于谐振管(6)尾部，通过焊接方式连接，谐振头(7)外部焊接有保温套。铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)共轴，并与点火器喷嘴结构共轴。

谐振加热点火装置位于点火器喷嘴结构与外套(9)之间，外套与谐振加热点火装置之间是点火燃气通道，点火器喷嘴结构与外套(9)均通过焊接实现固定、密封。主氧焊接嘴(10)通过外套(9)侧面的开孔与主氧喷嘴(11)相连，与外套(9)处和主氧喷嘴(11)均通过焊接连接、固定及密封。封头(12)通过焊接与主氧喷嘴(11)相连。主氧喷嘴(11)在朝燃烧室方式具有倒角，在朝燃烧室方向的端面钻有氧气喷注孔，倒角处钻有一圈与倒角相垂直的氧气喷注器孔。

小发动机头部工作时，先通过氢焊接嘴(2)往氢喷嘴(3)通过氢气，氢气喷入谐振管(6)后产生谐振，通过气动谐振加热效应使氢气温度瞬间上升，然后通过点氧喷嘴(1)通入氧气，与高温的氢气接触后被点燃形成点火火炬，点火火炬通过点火燃气通道喷入推力室，同时，位于点火燃气通道的主氧喷嘴(11)喷入氧气，与点火火炬燃烧。

Claims (6)

1.新型氢氧小发动机头部，由点氧喷嘴(1)、氢焊接嘴(2)、氢喷嘴(3)、铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧喷嘴(11)、封头(12)组成，其特征在于：

点氧喷嘴(1)装在氢喷嘴(2)中，通过焊接方式连接。氢喷嘴(3)侧面开孔，并与氢焊接嘴(2)通过焊接相连接。点氧喷嘴(1)、氢喷嘴(2)与氢焊接嘴(3)共同构成点火器喷嘴结构。

铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)构成谐振加热点火装置。铌片(4)卡在谐振腔(5)与谐振管(6)之间，谐振腔(5)与谐振管(6)通过焊接方式连接。谐振头(7)位于谐振管(6)尾部，通过焊接方式连接，谐振头(7)外部焊接有保温套。铌片(4)、谐振腔(5)、谐振管(6)、谐振头(7)、保温套(8)共轴，并与点火器喷嘴结构共轴。

谐振加热点火装置位于点火器喷嘴结构与外套(9)之间，点火器喷嘴结构与外套(9)均通过焊接实现固定、密封。主氧焊接嘴(10)通过外套(9)侧面的开孔与主氧喷嘴(11)相连，与外套(9)处和主氧喷嘴(11)均通过焊接连接、固定及密封。封头(12)通过焊接与主氧喷嘴(11)相连。

2.根据权利要求1所述的新型氢氧小发动机头部，其特征在于：点氧喷嘴(1)与氢喷嘴(2)、谐振管(6)共轴。

3.根据权利要求1所述的新型氢氧小发动机头部，其特征在于：谐振腔(5)侧面开有排气孔。

4.根据权利要求1所述的新型氢氧小发动机头部，其特征在于：铌片(4)覆盖位谐振管(6)端面金属部分。

5.根据权利要求1所述的新型氢氧小发动机头部，其特征在于：主氧喷嘴(9)位于燃气通道内。

6.根据权利要求1所述的新型氢氧小发动机头部，其特征在于：主氧喷嘴(9)端面有倒角，倒角处有喷注孔。