CN102252848B - 一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统 - Google Patents

一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，包括气瓶组件、流量控制器、电磁阀、止回阀、压力表和连接装置；燃料H2管路系统由试验管路和排空管路组成，排空管路的作用是在试验开始前对H2流量及催化点火气氢气氧小推力发动机上游所需压力进行粗调，使用排空管路可在最大程度上缩短试验过程中粗调H2流量及压强的时间和H2经过管路所需时间。

Description

一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统
技术领域
本发明属于火箭发动机试验系统，涉及催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统。
背景技术
采用催化点火方式的气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统是为发动机提供推进剂的系统，在试验中具有重要作用。
气氢气氧与传统化学推进剂相比具有比冲高等优点，一直以来都被认为在空间推进中具有极大潜力。一直以来，高压氢气的空间存储问题未能得到有效解决，从而限制了气氢气氧推进剂在空间推进中的广泛应用。水基火箭空间推进系统能够利用低压水实时电解出高压氢气，解决了氢气的空间存储问题，将空间气氢气氧推力器的研制提上了日程。
催化点火是空间气氢气氧小推力器的首选点火方式。美国、日本等国先后设计加工了多种催化点火气氢气氧推力器，在催化介质的选择、催化点火结构的设计、催化点火响应时间以及可重复性等多个方面进行了一系列试验研究。国内有报道的相关研究较少，因此搭建小流量推进剂试验系统，开展相关试验显得尤为迫切。该种推力器的催化点火和小流量特点使得传统的双组元推力器试验推进剂供给系统不能满足其试验要求。由于催化剂存放在预燃室中，而试验时O2路处于打开状态，因此H2进入发动机前须预调至所需流量及压强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，通过在二位三通电磁阀后连接一个排空管路实现。
一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，包括：O2气瓶组件、H2气瓶组件、第一流量控制器、第二流量控制器、第一压力表、第二压力表、第一过滤器、第二过滤器、电磁阀、第一止回阀、第二止回阀、氢气流量分配结构、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；
氧化剂管路的连接顺序为：O2气瓶组件、第一流量控制器、第一压力表、第一过滤器、第一止回阀、第一吹除管路、第一压力传感器、第二手阀和催化点火气氢气氧小推力发动机依次连接；燃料管路的连接顺序为：H2气瓶组件、第二流量控制器、第二压力表、第二过滤器和二位三通电磁阀依次连接，二位三通电磁阀后分为两路，一路为排空管路，依次接有第二压力传感器和第四手阀并最后与大气相通；另一路为试验管路，依次连接第二止回阀、第二吹除管路和并列的两个氢气流量分配结构，每个氢气流量分配结构连接一个第三压力传感器，最后与催化点火气氢气氧小推力发动机相连；第一吹除管路和第二吹除管路分别连接第一电磁阀和第二电磁阀，然后，第一电磁阀和第二电磁阀连通氮气源。
本发明的优点在于：
(1)最大限度地缩短了H2在催化点火气氢气氧小推力发动机内的建压时间，使得到达催化点火气氢气氧小推力发动机点火催化剂的氢氧混合气体能够在最短时间内达到设定混合比；
(2)可精确控制试验所需的流量和上游压强。
附图说明
图1是本发明的气氢气氧小型火箭推力器的推进剂供给系统示意图。
图中：
1-O2气瓶组件            2-第一手阀           3-第一减压器
4-第一流量控制器        5-第一压力表         6-氮气源
7-第一过滤器            8-第一电磁阀         9-第一止回阀
10-第一吹除管路         11-第一压力传感器    12-第二手阀
13-H2气瓶组件           14-第三手阀          15-第二减压器
16-第二流量控制器       17-第二压力表        18-第二过滤器
19-第二电磁阀           20-二位三通电磁阀    21-第二止回阀
22-第二吹除管路         23-第二压力传感器    24-第四手阀
25-氢气流量分配结构(孔  26-第三压力传感器板)
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，如图1所示，包括：O2气瓶组件1、H2气瓶组件13、第一流量控制器4、第二流量控制器16、第一压力表5、第二压力表17、第一过滤器7、第二过滤器18、第一电磁阀8、第二电磁阀19、二位三通电磁阀20、第一止回阀9、第二止回阀21、氢气流量分配结构25、第一压力传感器11、第二压力传感器23和第三压力传感器26，以及必要的连接装置，连接装置主要有管路、三通、转接头等连接元器件所必需的设备。
O2气瓶组件1由O2高压气瓶、第一手阀2和第一减压器3组成；H2气瓶组件13由H2高压气瓶、第三手阀14和第二减压器15组成。
如图1所示，氧化剂管路的连接顺序为：O2高压气瓶依次连接第一手阀2、第一减压器3、第一流量控制器4、第一压力表5、第一过滤器7、第一止回阀9、第一吹除管路10、第一压力传感器11和第二手阀12，最后与催化点火气氢气氧小推力发动机相连；燃料管路的连接顺序为：H2高压气瓶依次连接第三手阀14、第二减压器15、第二流量控制器16、第二压力表17、第二过滤器18和二位三通电磁阀20。二位三通电磁阀20后分为两路，一路为排空管路，依次接有第二压力传感器23和第四手阀24并最后与大气相通，应将H2排空至远离试验场所的地方，避免发生危险；另一路为试验管路，依次连接第二止回阀21、第二吹除管路22和并列的两个氢气流量分配结构25，每个氢气流量分配结构25连接一个第三压力传感器26，最后与催化点火气氢气氧小推力发动机相连。第一吹除管路10和第二吹除管路22分别连接第一电磁阀8和第二电磁阀19，然后，第一电磁阀8和第二电磁阀19连通氮气源6。二位三通电磁阀20连接在尽量靠近发动机的位置是为了尽可能减小管路压降。
使用前应调节第一流量控制器4和第二流量控制器16的显示仪器使稳定后的读数为零，二位三通电磁阀20控制燃料管路(H2管路)的开关。试验开始前打开燃料管路(H2路)的第三手阀14，粗调第二减压器15至所需的上游压力，打开第二流量控制器16和排空管路(即第四手阀24)，再调节第二减压器15使上游压力满足要求。试验开始时先打开燃料管路(H2路)的排空管路和氧化剂管路(O2供给管路，即打开第四手阀24和第二手阀12)，利用排空管路调节燃料管路(H2路)的上游压力，调节完成后，利用二位三通电磁阀20打开燃料管路(H2路)，将调节好的H2流量通过氢气流量分配结构25通入催化点火气氢气氧小推力发动机中进行试验。试验完毕后关闭燃料管路(H2路)和氧化剂管路(O2管路)，并关闭第三手阀14、第一手阀2、第一流量控制器4和第二流量控制器16，然后打开氮气源6(N2源)对第一吹除管路10、第二吹除管路22进行吹除，吹除完成后关闭氮气源6(N2源)。
第一流量控制器4用于调节氧化剂管路(O2管路)中O2流量；第二流量控制器16用于调节燃料管路(H2管路)中H2流量。第一压力表5用于监测氧化剂管路(O2管路)中第一流量控制器4的下游压强，防止损坏第一流量控制器4；第二压力表17用于监测燃料管路(H2管路)中第二流量控制器16的下游压强，防止损坏第二流量控制器16。第一过滤器7用于过滤氧化剂管路(O2管路)中的固体颗粒状杂质；第二过滤器18用于过滤燃料管路(H2管路)中的固体颗粒状杂质。第一止回阀9防止第一吹除管路打开时N2回流进入氧化剂管路(O2管路)对O2源造成污染；第二止回阀21防止第二吹除管路打开时N2回流进入燃料管路(H2管路)对H2源造成污染。氢气流量分配结构25为孔板结构，通过更换带有不同直径圆孔的铜板来控制并列的燃料管路(H2管路)中H2流量。第一压力传感器11用于测量发动机氧化剂入口压强；第二压力传感器23用于测量排空管路出口处压强；第三压力传感器26用于测量发动机燃料入口压强。

Claims (4)

1.一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，其特征在于，包括：O2气瓶组件、H2气瓶组件、第一流量控制器、第二流量控制器、第一压力表、第二压力表、第一过滤器、第二过滤器、第一电磁阀、第二电磁阀、二位三通电磁阀、第一止回阀、第二止回阀、氢气流量分配结构、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；
氧化剂管路的连接顺序为：O2气瓶组件、第一流量控制器、第一压力表、第一过滤器、第一止回阀、第一吹除管路、第一压力传感器、第二手阀和发动机依次连接；燃料管路的连接顺序为：H2气瓶组件、第二流量控制器、第二压力表、第二过滤器和二位三通电磁阀依次连接，二位三通电磁阀后分为两路，一路为排空管路，依次接有第二压力传感器和第四手阀并最后与大气相通；另一路为试验管路，依次连接第二止回阀、第二吹除管路和并列的两个孔板结构的氢气流量分配结构，每个氢气流量分配结构连接一个第三压力传感器，最后与发动机相连；第一吹除管路和第二吹除管路分别连接第一电磁阀和第二电磁阀，然后，第一电磁阀和第二电磁阀连通氮气源。
2.根据权利要求1所述的一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，其特征在于，O2气瓶组件由O2高压气瓶、第一手阀和第一减压器组成；O2高压气瓶依次连接第一手阀和第一减压器，之后第一减压器连接第一流量控制器。
3.根据权利要求1所述的一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，其特征在于，H2气瓶组件由H2高压气瓶、第三手阀和第二减压器组成；H2高压气瓶依次连接第三手阀和第二减压器，之后第二减压器连接第二流量控制器。
4.根据权利要求1所述的一种用于催化点火气氢气氧小型火箭推力器试验的推进剂供给系统，其特征在于，所述的发动机为催化点火气氢气氧小推力发动机。
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