CN104929809A

CN104929809A - 爆轰冲压火箭工作方法

Info

Publication number: CN104929809A
Application number: CN201510300376.9A
Authority: CN
Inventors: 杜善骥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2015-06-04
Publication date: 2015-09-23

Abstract

爆轰冲压火箭工作方法,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。高超声速是6-25马赫，在标准状况下声速为：340/秒，6马赫是每秒2040M。25马赫是每秒8500M，6-25马赫的速度是每秒2040M-8500M.火箭喷管喷射的速度必须大于这个速度才能产生推力，还应才考虑火箭空气与火箭推进剂的混合、点火、火箭喷管的喷速、燃料室的压力、温度、进气的温度等诸多因素，为此应选择这种火箭结构及炸药替换传统火箭及推进剂，使火箭达到超高声速飞行。爆轰冲压火箭可以在零速起飞、冲压吸气、进入太空飞行、在太空工作完毕后可以返回地面，可以反复使用的高超声速火箭。

Description

爆轰冲压火箭工作方法

技术领域

爆轰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。因此高超音速飞行时，要使发动机具有满意的性能，应该采用超声速燃烧冲压发动机，即爆轰冲压火箭发动机。

发明内容

爆轰冲压火箭简而言之：就是将炸药爆炸强度在可控制的状态下作为冲压火箭(已审报专利,在进行中)的推进剂，使火箭在超高声速飞行中，有足够的推力、并能够在飞行中冲压吸气，减少携带氧气爆轰冲压火箭的组成：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、冲压吸气管9、燃料加注点(a)10、燃料加注点b11、内吸气涵道喇叭12、点火药处13。

附图说明

图1是多根内吸气涵道爆轰冲压火箭图，如图所示：当火箭达到某个速度时，头部小火箭以外的传统火箭燃料停止供给，空气经4根内吸气涵道2，进入吸气室4，喷入扩散管6中，将不同种类的液体、固体炸药、氧化剂及催化剂通过燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加入，在点火处13点火，点火后的物料在扩散管6将爆轰调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，爆震波推动火箭飞行，与此同时另一部分空气经冲压吸气管9，并开启个系统上的阀门8(如果需要可在这根管上空气进口处加注火箭推进剂<炸药>及设置点火处)，汇入扩散管6的大喇叭口，至燃烧室7爆轰，以极高的速度由火箭尾部喷管喷出，推动火箭飞行。

图2是爆轰冲压火箭图，如图所示：当火箭飞行速度达到某个值，头部小火箭以外的传统火箭燃料停止供给，空气从4根内吸涵道2和外吸气涵道3，进入扩散管6，在燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11加注爆轰火箭炸药，用点火处13点火，将炸药爆轰的速度调整至穿过扩散管6时为初始状态，进入燃烧室7爆炸达到最大值，与此同时另一部分空气经冲压吸气管9，并打开这根管上的阀门8(如果需要可在这根管上的空气进口处加注火箭推进剂<炸药>、设置点火处)与扩散管6的大喇叭口尾部汇合至燃烧室7，在燃烧室爆炸达到最大值，爆轰波推动火箭飞行。

图3是内外吸气涵道爆轰冲压火箭图，如图所示：当火箭飞行速度达到某个值，头部小火箭以外的传统火箭燃料停止供给，空气经内、外吸气涵道进入扩散管6,将不同种类的液体、固体炸药、氧化剂及催化剂通过燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加入，用点火处13点燃，当被点燃爆轰物料经过扩散管6时调整到初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，与此同时另一部分空气经冲压吸气管9，并开启这根管上的阀门8(如果需要可在这根管上空气进口处加注火箭炸药及设置点火处)，汇入扩散管6的大喇叭口尾部，至燃烧室7爆炸，以极高的速度由火箭尾部喷管喷出，爆震波推动火箭飞行。

图4是单根内吸气涵道爆轰冲压火箭图，如图所示：当火箭飞行速度达到某个值，头部小火箭以外的传统火箭燃料停止供给，空气经内吸气涵道2,进入扩散管6中，与此同时将不同种类的液体、固体炸药、氧化剂及催化剂通过燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加入，在点火处13点火，点燃的爆炸物料在扩散管6调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，爆震波推动火箭飞行。

图5是树枝状内吸气涵道爆轰冲压火箭图，如图所示：当火箭飞行速度达到某个值，停止传统火箭燃料供给，空吸经树根状内吸气涵道2,将空气进入扩散管6中，与此同时将不同种类的液体、固体炸药、氧化剂及催化剂通过燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加入，在点火处13点火，当爆轰物料经过扩散管6时调整到初爆状态，，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，与此同时另一部分空气经冲压吸气管9，并开启个系统上的阀门8(如果需要可在这根管上空气进口处加注火箭炸药及设置点火处)，汇入扩散管6的尾部，汇合至燃烧室7爆轰以极高的速度由火箭尾部喷管喷出，爆震波推动火箭飞行。

图6是爆轰冲压火箭的设备/部件明细表图。

具体实施方式

如图1所示，爆轰冲压火箭工作方法设备及部件的组成：由头部小火箭1、内吸气涵道2、吸气室4、拉瓦尔喷嘴5、扩散管6、火箭燃烧室7、阀门8、冲压吸气管道9、燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11、内吸气涵道喇叭口12、点火处13。

爆轰冲压火箭工作方法的工作原理，如图1所示，头部小火箭1点火后，产生高温、高压的火焰气体，依据《水蒸气喷射真空泵》一文中的<喷射器>工作原理，通过拉瓦尔喷嘴5高速射入扩散管6中，在这一过程中拉瓦尔喷嘴5与扩散管6之间设有间隙，间隙与扩散管6管口周围会产生负压，负压通过吸气室4、内吸气涵道2将大气层的空气吸入，吸入后的空气通过扩散管6推入火箭燃烧室7中，与此同时在燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)加注液体、固体火箭燃料。在点火处13点火，在火箭燃烧室7燃烧，使火箭飞行，当火箭速度能够满足冲压条件时，头部小火箭停止工作，火箭进入冲压吸气状态，迎面冲压而来的空气经4根内吸气涵道2,续至吸气室4,喷入扩散管6进入后部火箭燃烧室7中，两个燃料加注点继续加注火箭燃料，另一部分空气冲压至两个冲压吸气管9(根据需要可在冲压吸气管9的空气进口处加注燃料，开启阀门8,)汇入扩散管6的大喇叭口中部，被推入燃烧室7中燃烧，使火箭飞行。当火箭的速度达到某个值时，传统火箭燃料停止供给，空气经4根内吸气涵道2,续至吸气室4,喷入扩散管6进入火箭燃烧室7中，将不同种类的液体、固体炸药及氧化剂及催化剂通过燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加入，在点火处13点火，爆炸物料经过扩散管6将爆炸强度调整到初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7，爆炸达到最大值，爆震波推动火箭飞行，与此同时另一部分空气经冲压吸气管9(根据需要可在这两根管上空气进口处加注火箭炸药，阀门8处于开启状态)，汇入扩散管6的尾部，至燃烧室7爆轰达到最大值，以高超声速由火箭尾部喷管喷出，爆震波推动火箭飞行。

当爆轰冲压火箭飞出大气层，关闭所有的阀门8，使火箭燃烧室7能够满足太空飞行的需要，爆轰冲压火箭在完成太空工作后，重新返回大气层，头部小火箭重新点火，启动爆轰火箭返回地面，爆轰冲压火箭是可以反复使用的高超声速火箭。

Claims

1.爆轰冲压火箭工作方法，由头部小火箭1、内吸气涵道2(或外吸气涵道3)、吸气室4、拉瓦尔喷嘴5、扩散管6、燃烧室7、阀门8、冲压吸气管道9、燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11、内吸气涵道喇叭口12、点火处13,由1-13组成。

2.燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加注爆轰火箭炸药(火箭推进剂)/在扩散管6范围内选择合适位置点火/冲压吸气管9进气口接至吸气室4/将炸药作为火箭燃料。

3.冲压吸气管9进气口接至外吸气涵道3/冲压吸气管9进气口接至树权状吸内吸气涵道2的权叉上/冲压吸气管9进气管前端管口处设置燃料(火箭推进剂)加注点/冲压吸气管9设计成管状/冲压吸气管9设计成拉瓦尔喷状。

4.在爆轰冲压火箭中，内吸气涵道由头部小火箭内部穿过的设计方法/树枝状内吸气涵道设计。

5.燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11及室气室4产生真空，会产生拉瓦尔喷嘴效应(美国工程师玩法，乒乓球将乒乓球拍击碎。网上有此资料)，将空气高速压入后部火箭燃烧室7中，产生拉瓦喷嘴效应。

6.在点火处13为爆轰冲压火箭点火的设计/当爆轰冲压火箭飞出大气层后，关闭所有的阀门8，使火箭燃烧室能满足太空飞行状态/在爆轰冲压火箭中，拉瓦尔喷嘴群设计/连续爆轰的火箭工作方法。

7.冲压吸气管9，吸入的空气汇入扩散管6大喇叭口的范围/只有内吸气涵道火箭/只有外吸气涵道/既有内吸气涵道又有外吸气涵道/树枝状内吸气涵道的设计。

8.在爆轰冲压火箭中，拉瓦尔喷嘴群全部去掉，使头部小火箭喷管为环型状态/冲压吸气管9设计成1根/冲压吸气管9设计成多根/将头部小火箭纵向隔成小室，组成多个头部小火箭。

9.1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/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/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。