CN104791135A - 固液火箭发动机点火器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种固液火箭发动机点火器，包括点火器螺纹环、点火器盒体、点火器绝热层、点火药。点火器螺纹环与点火器盒体采用大螺纹连接，形成具有内外环形侧壁的容腔结构；容腔内填充有点火药，点火药由发火材料与燃料组成；点火器螺纹环、点火器盒体与点火器绝热层粘接；点火器盒体和点火器绝热层内壁面开有出火孔；点火器盒体内环侧壁铺设有密封带，在点火器工作前保证点火药可靠密封；点火器引线一端为通电产生电火花的点火头，另一端为电导线，点火器引线通电后点火器开始工作。本发明优点为：启动能量高，能量释放迅速，发动机点火延迟小，改型点火器在大流量固液火箭发动机启动时，点火延迟时间小于1s。

Description

固液火箭发动机点火器

技术领域

本发明属于火箭发动机的点火启动领域，具体来说，是一种固液火箭发动机的点火器，适用于固液火箭发动机单次点火，尤其适用于固液火箭发动机的高空点火启动和长时间工作固液火箭发动机。

背景技术

固液火箭发动机采用液体氧化剂和固体燃料，在结构上兼备了液体火箭发动机和固体火箭发动机的共同特点，具有安全性好、推力调节容易、环保性好、药柱稳定性好、温度敏感性低和经济性好等优点，可用于探空火箭、靶弹、战术导弹等。

点火器技术是火箭发动机的关键技术之一。液体火箭发动机通常有多次启动的要求，除自燃点火外，常见的方式有采用多个烟火点火器或者设有额外的可多次启动的点火系统；前者通常是柱状结构，安装于发动机的燃烧室外，通过导焰管把点火器产生的火焰引入燃烧室；而后者结构复杂。固体火箭发动机一般不能实现多次点火启动，常用的都是采用点火药包或者点火发动机的方式进行点火，通常安装于发动机燃烧室内，多数采用柱状或圆环等可烧毁结构，点火器产生的燃气对准固体推进剂药柱表面喷射。

固液火箭发动机有与固体发动机相似的固体燃料药柱，有与液体火箭发动机相似的液体氧化剂喷注，在发动机的点火启动过程中，既要使液体氧化剂喷注后气化，又要使固体燃料药柱加热分解后气化，还需要考虑喷注面板的热防护以及点火时发动机状态条件，对点火能量的空间和时间要求较高，因此点火器技术室固液火箭发动机的亟待解决的关键技术。

对于非自燃的推进剂组合，固液火箭发动机的点火启动技术，借鉴了固体和液体火箭发动机的启动技术，多数采用单独的点火器，放在发动机的前部，即前燃室。发动机采用不同的氧化剂/燃料组合，点火器在形式和作用对象上有所不同。对于气体气体氧化剂，如气氧，或者极易气化的液体氧化剂如氧化亚氮，可采用瞬时(≤50ms)能量释放装置，如球形或圆柱形的火药包进行点火启动，这种方式在小型试验发动机中被广泛采用。另外，可利用单独的点火燃料供应系统，如酒精、甲烷、氢气等与单独的或者发动机本身的氧化剂点火产生火炬，对固液火箭发动机进行点火，这种点火方式类似于液体火箭发动机的火炬式点火系统，对发动机的适应性更广，无论是气体氧化剂还是液体氧化剂都可以适用，因此更广泛地运用到各类试验发动机中。但由于其结构复杂，通常不在产品级的发动机中所采用。

对于过氧化氢固液火箭发动机，点火启动过程，燃烧室为常温常压(低空)或低温低压(高空)，而液体氧化剂在常温或低温下不易气化。但是，过氧化氢分解会产生大量热量，温度过高时可能引起爆炸。然而，过氧化氢自我分解的能量不足以使发动机迅速启动。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种点火启动迅速可靠，结构简单，安全性好，热防护性能好，适用性广，适用于固液火箭发动机地面和高空热试启动的点火器，实现发动机的迅速可靠的点火启动。

本发明固液火箭发动机点火器，包括点火器螺纹环、点火器盒体、点火药、点火器绝热层，固定安装在固液火箭发动机喷注面板上，位于喷注面板与药柱之间。

其中，点火器螺纹环套在环形点火器盒体外壁，两者间通过螺纹固定，使内部形成环形空腔，用来盛放由燃料、氧化剂与发火材料组成的点火药。点火器绝热层固定在点火器螺纹环外环壁面和点火器盒体的内环壁面及底面，将点火器螺纹环与点火器盒体螺纹连接后的整体结构包覆。点火器盒体内环壁面周向上与点火器绝热层周向上，相互对称位置，分别开有均布的盒体出火孔与绝热层出火孔，形成周向均布的，且与容腔连通的出火通道。

本发明中点火器由27V电压启动，点火器引线通电后点火器开始工作，引燃点火药中的发火材料，发火材料迅速燃烧产生高温燃气点燃燃料，燃料燃气冲破密封带，由出火通道喷出；启动一段时间后，液体氧化剂从头腔喷入燃烧室，在点火燃气的作用下雾化分解，与药柱接触后开始燃烧，发动机正常启动。

本发明的优点在于：

1、本发明点火器紧贴喷注面板安装，液体氧化剂喷注后可以快速加热氧化，发动机迅速启动；

2、本发明点火器通过绝热材料制作绝热外壳，避免了点火器向面板过量导热，降低了头腔内液体氧化剂爆炸分解的危险；

3、本发明点火器通过绝热材料制作绝热外壳，减少了热量流失，通过发火孔喷射高温燃气，提高了点火药的能量利用率；

4、本发明点火器采用绝热材料包覆点火器盒体，点火器燃烧后，没有碎片损伤或堵塞发动机喷口的危险，提高了火箭发动机工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明固液火箭发动机点火器结构及安装位置示意图；

图2为本发明固液火箭发动机点火器结构示意图。

图中：

1-点火器螺纹环    2-点火器盒体    3-点火药       4-点火器绝热层

5-头盖            6-喷注面板      7-药柱         8-盒体出火孔

9-绝热层出火孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明固液火箭发动机点火器，包括点火器螺纹环1、点火器盒体2、点火药3、点火器绝热层4，用于固液火箭发动机的点火启动，固定安装在固液火箭发动机喷注面板7上，位于喷注面板7与药柱8之间。

其中，点火器螺纹环1为具有内螺纹的环状结构；点火器盒体2为具有外螺纹的环形结构，且沿点火器盒体2外环壁面周向上开设有环形凹槽。点火器盒体2与点火器螺纹环1相套，位于点火器螺纹环1内，且通过点火器螺纹环1上的内螺纹与点火器盒体2上的外螺纹配合螺纹连接；进而通过点火器螺纹环1内环壁面，将点火器盒体2上的环形凹槽封闭，形成空腔，用来盛放点火药3。点火药3含有燃料、氧化剂与发火材料；发火材料在电流作用下引燃点火药3点火。点火药质量可以根据氧化剂的流量和燃烧室的压力进行调整，保证氧化剂与燃料迅速可靠点燃。上述点火器螺纹环1和点火器盒体2采用碳钢材料制成。

所述点火器绝热层4采用高温耐烧蚀材料高硅氧制作，通过高温胶粘接在点火器螺纹环1外环壁面和点火器盒体2的内环壁面及底面，将点火器螺纹环1与点火器盒体2螺纹连接后的整体结构包覆。点火器绝热层4用于保证火箭长时间工作过程中，点火器不被燃气烧蚀；一方面阻止燃烧室前端的热量传导至喷注面板6，引起头腔(头盖5与喷注面板6间的容腔)内液体氧化剂分解；另一方面，可以避免点火器盒体2和点火器螺纹环1烧蚀分解，对喷管喉部造成损伤。

点火器盒体2内环壁面周向上与点火器绝热层4周向上，相互对称位置，分别开有均布的盒体出火孔8与绝热层出火孔9，形成周向均布的，且与容腔连通的出火通道。出火通道孔用于喷射燃气，是点火燃料的能量在发动机燃烧室前端集中释放，使喷注的液体氧化剂雾化分解。

点火器盒体2的内环壁面铺设有密封带，通过密封带将出火通道密封，防止点火器在运输、安装过程中点火药3泄露或变质。点火器工作时，密封带在高温高压燃气作用下失效，点火燃气经出火通道，喷入燃烧室前端。密封带通常采用锡箔纸。

本发明中点火器由27V电压启动，点火器引线通电后点火器开始工作，引燃点火药3中的发火材料，发火材料迅速燃烧产生高温燃气点燃燃料，燃料燃气冲破密封带，由出火通道喷出；启动一段时间后，液体氧化剂从头腔喷入燃烧室，在点火燃气的作用下雾化分解，与药柱7接触后开始燃烧，发动机正常启动。

上述结构点火器启动能量高，能量释放迅速，发动机点火延迟小，改型点火器在大流量固液火箭发动机启动时，点火延迟时间小于1s。

Claims (3)

1.固液火箭发动机点火器，其特征在于：包括点火器螺纹环、点火器盒体、点火药、点火器绝热层，固定安装在固液火箭发动机喷注面板上，位于喷注面板与药柱之间；

其中，点火器螺纹环套在环形点火器盒体外壁，两者间通过螺纹固定，使内部形成环形空腔，用来盛放由燃料、氧化剂与发火材料组成的点火药；

点火器绝热层固定在点火器螺纹环外环壁面和点火器盒体的内环壁面及底面，将点火器螺纹环与点火器盒体螺纹连接后的整体结构包覆；

点火器盒体内环壁面周向上与点火器绝热层周向上，相互对称位置，分别开有均布的盒体出火孔与绝热层出火孔，形成周向均布的，且与容腔连通的出火通道。

2.如权利要求1所述固液火箭发动机点火器，其特征在于：所述点火器绝热层采用高温耐烧蚀材料高硅氧制作，通过高温胶粘接在点火器螺纹环外环壁面和点火器盒体上。

3.如权利要求1所述固液火箭发动机点火器，其特征在于：所述点火器盒体和点火器螺纹环采用碳钢材料制成。