CN104847532A

CN104847532A - 连续爆轰叠加冲压火箭工作方法

Info

Publication number: CN104847532A
Application number: CN201510307468.XA
Authority: CN
Inventors: 杜善骥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-07
Filing date: 2015-06-07
Publication date: 2015-08-19

Abstract

连续爆轰叠加冲压火箭工作方法涉及属于航空及航天技术领域。用于空天飞机发动机、空天飞行器高超声速发动机。能够在零速飞、速度能满足冲压条件时可以冲压吸气(停止头部小火箭的驱动吸气方式)，当飞出大气层关闭所有的阀门8，进入燃烧液氢、液氧飞行传统模式，在太空工作完成后返回大气层，头部小火箭再次点火驱动吸气，启动爆轰叠加冲压火箭，重新返回地面，此火箭是可以反复使用的火箭。相同的火箭，叠加与没有叠加相比在大气层中消耗相同数量的液氧飞行时，叠加火箭的推力可以大几倍甚至于大十几倍，叠加火箭适应于建造大推力火箭，由于火箭推进剂是使用的炸药，速度可达高超声速飞行。

Description

连续爆轰叠加冲压火箭工作方法

技术领域

连续爆轰叠加冲压火箭工作方法涉及属于航空及航天技术领域。用于未来空天飞机发动机及空天飞行器发动机，美国宇航局研制的X-43A超音速实验飞机,成功完成了速度约为10马赫(即每小时11260公里)的试验飞行。这一速度创下了新的世界纪录。

背景技术

高超音速飞行时(Ma>6.0)，进气道出口温度迅速增加，例如飞行马赫数Ma＝6.0,燃烧室进口的马赫数若仍然限制在Ma＝0.2左右时，则相应的气流温度大约为1600K,飞行马赫数Ma＝10时，气流在燃烧室进口的温度可高达3600K。这样高的温度，气流对发动机壁面的单位热流量很大；燃烧室进口空气的温度很高，燃料燃烧所放出热量的相当一部分可能消耗在燃烧产物的离解上，使燃烧效率很低；进气道和尾喷管中气流的压力变化很大，气流动能损失会很大；由于尾喷管进口与出口的压力比很大，且燃气在其中停留的时间太短，离解的产物来不及复合，离解所消耗的热量收回的很少。上述因素都说明，高超音速飞行时如果仍然采用亚音速燃烧，冲压发动机的性能将严重的恶化，若飞行马赫数Ma＝10,采用煤油作燃料的亚燃冲压发动机将不能产生推力。如果减小气流在进气道中的减速增压程度，使进气道出口保持超声速流动，同时使燃烧室的整个燃烧过程都在超音速条件下进行，就有可能减小向发动机壁面的热流；减小进气道和尾喷管中的动能损失；减小燃烧产物离解所造成的热能损失。

发明内容

连续爆轰叠加冲压火箭简而言之：就是将炸药爆炸的强度在可控制的状态下作为叠加冲压火箭(已审报专利,在进行中)的推进剂，使火箭在超高声速飞行中制氧，连续爆轰叠加冲压火箭的组成：由头部小火箭1、内吸气涵道2(或、与外吸涵道3、吸气室4、拉瓦尔喷嘴5、扩散管(a)6、火箭燃烧室7、阀门8、点火处a9、燃料加注点(a)10、燃料加注点b11、内吸气涵道喇叭口燃料加注点(b)12、燃料加注点c13、燃料加注点d14、扩散管b15、外吸气涵道b16、吸气吼17、点火处b18、冲压吸气管19，能够在零速飞、速度能满足冲压条件时可以冲压吸气(停止头部小火箭的驱动吸气方式)，当飞出大气层关闭所有的阀门8，进入燃烧液氢、液氧飞行传统模式，在太空工作完成后返回大气层，头部小火箭再次点火驱动吸气，启动爆轰叠加冲压火箭，重新返回地面，此火箭是可以反复使用的火箭。

相同的火箭，叠加与没有叠加相比在大气层中消耗相同数量的液氧飞行时，叠加火箭的推力可以大几倍甚至于大十几倍，叠加火箭适应于建造大推力火箭，由于火箭推进剂是使用的炸药，速度可达高超声速飞行。

附图说明

图1是连续爆轰叠加冲压火箭图，如图所示，头部小火箭1点燃后(是需要提供液氧及传统火箭燃料的传统火箭)，将高速火焰气流喷入扩散管a6中，吸气室4产生负压,将空气由4根内吸气涵道2,将空气吸至吸气室4后被压入扩散管a6中，这四根内吸气涵道是从头部小火箭1内部穿过的,在燃料加点a10、燃料加注点b11加注火箭推进剂，在点火处a9点火后，物料在扩散管a6大喇叭口处产生爆轰,产生的高速火焰喷入扩散管b15中，外吸气涵道b16会产生负压，将空气由吸气孔17及外吸气涵道b16吸入，在燃料加注点c13、燃料加注点d14加注火箭推进剂，与空气混合的火箭推进剂被推入扩散管b15中，在处火处b18(或利用扩散管a6的火焰点火)点火，混合空气的火箭推进剂进入燃烧室7中产生爆轰，另一部分空气经吸气孔17、冲压吸气管19(开启这根管上的阀门8，根据需要可以在冲压吸气管b15空气进口处加注火箭推进剂及设置点火处),汇入扩散管b15的大喇叭口，续进入燃料室7燃烧，在火箭尾部喷管喷出，推动火箭飞行。

图2是连续爆轰叠加冲压火箭图，如图所示，头部小火箭1点燃后(是需要提供液氧及传统火箭燃料的传统火箭)，将高速火焰气流喷入扩散管a6中，产生负压将空气由4根内吸气涵道2、外吸气涵3(吸气室4与外吸气涵道溶合),压入扩散管a6中，这四根内吸气涵道是从头部小火箭1内部穿过的,在燃料加点a10、燃料加注点b11加注火箭推进剂，在点火处a9点火后，物料在扩散管a6大喇叭口处产生爆轰,产生的高速火焰喷入扩散管b15中，外吸气涵道b16会产生负压，将空气由吸气孔17及外吸气涵道b16吸入，在燃料加注点c13、燃料加注点d14加注火箭推进剂，与空气混合的火箭推进剂被推入扩散管b15中，在处火处b18(或利用扩散管a6的火焰点火)点火，混合空气的火箭推进剂进入燃烧室7中产生爆轰，另一部分空气经吸气孔17、冲压吸气管19(开启这根管上的阀门8，根据需要可以在冲压吸气管b15空气进口处加注火箭推进剂及设置点火处),汇入扩散管b15的大喇叭口，续进入燃料室7爆轰，在火箭尾部喷管喷出，推动火箭飞行。

图3是连续爆轰叠加冲压火箭图，如图所示，头部小火箭1点燃后(是需要提供液氧及传统火箭燃料的传统火箭)，将高速火焰气流喷入扩散管a6中，产生负压将空气由外吸气涵道3吸入、压入扩散管a6中，在燃料加点a10、燃料加注点b11加注火箭推进剂，在点火处a9点火后(或用头部小火箭的火焰点火)，物料在扩散管a6大喇叭口处产生爆轰,产生的高速火焰喷入扩散管b15中，外吸气涵道b16会产生负压，将空气由吸气孔17及外吸气涵道b16吸入，在燃料加注点c13、燃料加注点d14加注火箭推进剂，与空气混合的火箭推进剂被推入扩散管b15中，在点火处b18(或利用扩散管a6的火焰点火)点火，混合空气的火箭推进剂进入燃烧室7中产生爆轰，另一部分空气经吸气孔17、冲压吸气管19(开启这根管上的阀门8，根据需要可以在冲压吸气管b15空气进口处加注火箭推进剂及设置点火处)汇入扩散管b15的大喇叭口，续进入燃料室7产生爆轰，在火箭尾部喷管喷出，推动火箭飞行。

图4是连续爆轰叠加冲压火箭图，如图所示，1根内吸气涵道2从头部小火箭1前方正中央穿入内部到头部小火箭1尾部正中央穿出，拉瓦尔喷嘴5群(喷嘴群)，设在内吸气涵道2周围的头部小火箭1尾部环形壁，拉瓦尔喷嘴5群(喷嘴群)的火焰喷射以漏斗状交于一点，交点的中心点轴向与头部小火箭1正中央内吸气涵2道轴向重合，漏斗中会产生负压，并设置好交点与扩散管a6的距离(这个距离是产生负压的重要指示)，射入扩散管a6后也会产生负压，在燃料加点a10、燃料加注点b11加注火箭推进剂，在点火处a9点火后，物料在扩散管a6大喇叭口处产生爆轰,产生的高速火焰喷入扩散管b15中，外吸气涵道b16会产生负压，将空气由吸气孔17及外吸气涵道b16吸入，在燃料加注点c13、燃料加注点d14加注火箭推进剂，与空气混合的火箭推进剂被推入扩散管b15中，在处火处b18(或利用扩散管a6的火焰点火)点火，混合空气的火箭推进剂进入燃烧室7中产生爆轰，另一部分空气经吸气孔17、冲压吸气管19(开启这根管上的阀门8，根据需要可以在冲压吸气管b15空气进口处加注火箭推进剂及设置点火处),汇入扩散管b15的大喇叭口，续进入燃料室7产生爆轰，在火箭尾部喷管喷出，推动火箭飞行。

图5是连续爆轰叠加冲压火箭图，如图所示，1根内吸气涵道2从头部小火箭1前方正中央穿入内部到头部小火箭1尾部正中央穿出，另外4根内吸气涵道，由头部小火箭1前方中央外侧穿入头部小火箭1的内部与中央内吸气涵道2在头部小火箭内部连接，构成树枝状内吸气涵道，拉瓦尔喷嘴5群(喷嘴群)，设在内吸气涵道2周围的头部小火箭1尾部环形壁，拉瓦尔喷嘴5群(喷嘴群)的火焰喷射以漏斗状交于一点，交点的中心点轴向与头部小火箭1正中央内吸气涵2道轴向重合，漏斗中会产生负压，并设置好交点与扩散管a6的距离(这个距离是产生负压的重要指示)，射入扩散管a6后也会产生负压，在燃料加注点a10、燃料加注点b11加注火箭推进剂，在点火处a9点火后(或用头部小火箭内的火焰点火)，物料在扩散管a6大喇叭口处产生爆轰,产生的高速火焰气流喷入扩散管b15中，外吸气涵道b16也会产生负压，将空气由吸气孔17及外吸气涵道b16吸入，在燃料加注点c13、燃料加注点d14加注火箭推进剂，与空气混合的火箭推进剂被推入扩散管b15中，在处火处b18(或利用扩散管a6的火焰点火)点火，混合空气的火箭推进剂进入燃烧室7中产生爆轰，另一部分空气经吸气孔17、冲压吸气管19(开启这根管上的阀门8，根据需要可以在冲压吸气管b15空气进口处加注火箭推进剂及设置点火处),汇入扩散管b15的大喇叭口，续进入燃料室7产生爆轰，在火箭尾部喷管高超声速喷出，推动火箭飞行。

图6是连续爆轰叠加冲压火箭设备/部件明细表图。

具体实施方式

头部小火箭1启动后,拉瓦尔喷嘴5的火焰,喷入扩散管(a)6中，吸气室4会产生负压(喷射器工作原理)，吸气室4负压通过内吸气涵道2(或、与外吸气涵道3)将空气吸入，在燃料加注点a10、燃料加注点a11加注火箭固体、液体燃料、氧化剂及催化剂，在点火处9点火，在扩散管a6的大喇叭口中燃烧，火焰喷入扩散管b15中，外吸气涵道b16会产生负压，空气通过吸气吼17将空气吸入，在燃料加注点c13和燃料加注点d14加注固体、液体燃料、氧化剂及催化剂与吸入的空气混合被推入扩散管b15中(此管上的阀门8应是常开状态)，用扩散管a6的火焰点火或用点火处b18点火，与空气混合的火箭推进剂进入燃烧室7中燃烧，当火箭的速度产生的压力，能够满足冲压条件时，头部小火箭停止工作，被冲压的空气经吸气涵道2(或、与外吸气涵道3)将空气压入，扩散管a6中续进入扩散管b15中，中一部分空气经吸气孔17,外吸气涵道b16被压入扩散管b15中，在燃料加注点c13、燃料加注点d14加注火箭固体、液体燃料、氧化剂及催化剂，在点火处18点火，点燃的物料在燃烧室7中燃烧，与此同时开启冲压吸气管19上的阀门8(根据需要可以在此管前方管口处添加固体、液体燃料、氧化剂及催化剂)在点火处18点火后，汇入扩散管b15后进入燃烧室7燃烧，火箭尾部喷管喷出的高速气流使火箭飞行。

当火箭飞行速度能够满足冲压吸气条件时(也可以在没有达到冲压条件时，选择一个合适的速度将传统火箭燃料停止供给，使用炸药替换传统火箭燃料，使火箭加速至冲压吸气条件)头部小火箭1停止工作(如果没有达到冲压吸气条件时，头部小火箭继续工作)，由于高速度，使迎面过来的空气被冲压到内吸涵道2、或、与外吸气涵道(a)3及外吸气涵道(b)16中，在燃料加注点(c)13及燃料加注点(d)14加注火箭炸药，氧化剂、及催化剂，与空气混合被压入扩散管(b)15混合，由于头部小火箭工作停止，冲压的空气经吸气涵道2喷入扩散管a6中，再喷入扩散管b15中，与此同时开启冲压吸气管19上的阀门8(根据需要可在冲压吸气管前端，加注火箭推进剂〈炸药、氧化剂、催化剂〉，在点火处18点火，汇入扩散管b15大喇叭口(将炸药调整至初爆状态，在被推入燃烧室7将爆炸调整到最大值，爆震波推动火箭飞行。

能够在零速飞、速度能满足冲压条件时可以冲压吸气(停止头部小火箭的驱动吸气方式)，当飞出大气层关闭所有的阀门8，进入燃烧液氢、液氧飞行传统模式，在太空工作完成后返回大气层，头部小火箭再次点火驱动吸气，启动爆轰叠加冲压火箭，重新返回地面，此火箭是可以反复使用的火箭。

Claims

1.连续爆轰叠加冲压火箭工作方法。由头部小火箭1、内吸气涵道2(或外吸涵道3)，吸气室4、拉瓦尔喷嘴5、扩散管(a)6、后部火箭燃烧室7、阀门8、点火处(a)9、燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11、内吸气涵道喇叭口12、燃料加注点c13、燃料加注点(d)这14、扩散管b15、外吸气涵道(b)16、吸气吼17、点火处(b)18、冲压吸气管19,由1-19组成的能够在零速飞、速度能满足冲压条件时可以冲压吸气(停止头部小火箭的驱动吸气方式)，当飞出大气层关闭所有的阀门8，进入燃烧液氢、液氧飞行传统模式，在太空工作完成后返回大气层，头部小火箭再次点火驱动吸气，启动爆轰叠加冲压火箭，重新返回地面，此火箭是可以反复使用的火箭。

2.将液体、固体炸药、氧化剂及催化剂作为火箭推进剂，将可控炸药爆炸强度来维持火箭飞行。

3.将炸药作为火箭燃料/在燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11加注火箭燃料/在扩散管(a)6中点火处(a)9点火/在扩散管中设置点火处/在冲压吸气管合适的设置点火处/在扩散管(a)6高速气流喷入扩散管(b)15。

4.扩散管(a)6大喇叭口作为燃料室/吸气吼17设计为1个吼/吸气吼17设计为多个吼。

5.吸气涵道(b)17设计为倒环形圆锥状/吸气涵道(b)17设计为倒环形圆锥状并用隔板隔离成多个小室。

6.在扩散管(a)6的尾部建立一个燃烧室，使燃烧室拉瓦尔喷嘴喷入扩散管(b)15/在燃料加注点(a)13、燃料加注点(b)14加注火箭燃料。

7.在扩散管(b)15中设计的阀门8/在扩散管(b)15的尾部设计点火处理18。

8.头部小火箭喷出的火焰，为扩散管(a)6点火/扩散管(a)6喷出的火焰，为扩散管(b)15点火。

9.1个头部小火箭、1个拉瓦尔喷嘴、1个内吸气室4、1个扩散管a6、1个扩散管b15、1根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/1个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、1个扩散管、1根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/1个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、1根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/1个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、多根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/1个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、多根冲压吸气管、多个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/1个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、多根冲压吸气管、多个燃烧室、多个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管(由多个燃烧室尾部喷管集成构成)/单根制氧吸气管、多根制氧吸气管、单台制氧设备、多台制氧设备、单根非氧排出管、多根非氧排了管。

10.多个头部小火箭、1个拉瓦尔喷嘴、1个扩散管、1根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/多个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、1个扩散管、1根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/多个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、1根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/多个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、多根冲压吸气管、1个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/多个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、多根冲压吸气管、多个燃烧室、1个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/多个头部小火箭、多个拉瓦尔喷嘴、多个扩散管、多根冲压吸气管、多个燃烧室、多个燃烧室尾部喷管、1个火箭总喷管/单根制氧吸气管、多根制氧吸气管、单台制氧设备、多台制氧设备、单根非氧排出管、多根非氧排了管。