CN104948348A - 连续爆轰冲压制氧火箭的工作方法 - Google Patents

Abstract

连续爆轰冲压制氧火箭工作方法,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。连续爆轰冲压制氧火箭可以在零速起飞、主动吸气是靠头部小火箭(是靠燃烧液氢及液氧工作的传统火箭)驱动射流吸气装置完成的，速度使迎面过来的空气压力能够满足冲压条件时，进入冲压吸气方式(驱动主动吸气的头部小火箭停止工作)，当速度使迎面过来的空气压力能够达到制氧条件时，可以制氧，进入太空飞行使用传统液氢及液氧燃烧方式、在太空工作完毕后头部小火箭再一次点火，启动爆轰冲压火箭返回地面，此火箭是可以反复使用的，由于火箭的推进剂是炸药，因此可以使火箭的速度达到高超声速飞行。

Description

连续爆轰冲压制氧火箭的工作方法

技术领域

连续爆轰冲压制氧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；减小进气道和尾部喷管中的动能损失；减小燃烧产物离解所造成的热能损失。

发明内容

连续爆轰冲压制氧火箭由头部小火箭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、点火处9、燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11、内吸气涵道喇叭口12、制氧冲压吸气管13制氧设备、非氧排出管14、非氧排出管15、冲压吸气管理工作16，连续爆轰冲压制氧火箭可以在零速起飞、主动吸气是靠头部小火箭驱动射流吸气装置完成的，速度使迎面过来的空气压力能够满足冲压条件时，进入冲压吸气方式(驱动主动吸气的头部小火箭停止工作)、，当速度使迎面过来的空气压力能够达到制氧条件时，可以制氧，进入太空飞行使用传统液氢及液氧燃烧方式、在太空工作完毕后头部小火箭再一次点火，启动爆轰冲压火箭返回地面，此火箭是可以反复使用的，由于火箭的推进剂是炸药，因此可以使火箭的速度达到高超声速飞行。

连续爆轰冲压制氧火箭的工作原理简而言之：就是将炸药爆炸强度在可控制的状态下作为冲压制氧火箭(已审报专利,在进行中)的推进剂，使火箭能以超高声速飞行。

附图说明

图1是内冲压吸气涵道连续爆轰冲压制氧火箭图，如图所示：4根内吸气涵道2,从头部小火箭1的前方穿入头部小火箭1的内部至吸气室4，这四根内吸气涵道是从头部小火箭1内部穿过的，使火箭飞行速度达到某个值时，将不同种类的液体及固体炸药、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，被加入的物料及空气在扩散管中混合，并在点火处9点火，被引爆的火箭推进剂，在扩散管尾部调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，当火箭的速度产生的压力能够满足冲压吸气条件时，将头部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的传统火箭)，开启冲压吸气管16上的阀门8，空气被冲压至扩散管大喇叭口处与扩散管中的爆轰物料混合(根据需要可在冲压吸气管的空气进入管口处加注火箭推进剂)，汇入扩散管大喇叭口的爆轰物料喷入燃烧室7，爆震波推动火箭飞行。当火箭的速度，产生的冲压压力能够满足氧气制造的压力时，开启制氧吸气管13上的阀门8,空气进入制氧设备14制造氧气，制造氧气后的非氧气体及杂质经非氧排出管15(开启非氧排出管上的阀门8)经火箭尾部喇叭口排出。

图2是内、外冲压吸气涵道连续爆轰冲压制氧火箭图，如图所示：空气通过4根内冲压吸气涵道2和外冲压吸气涵道3进入扩散管6,冲压内吸气涵道由头部小火箭1的前方穿入头部小火箭1的内部至吸气室4(吸气室4与外吸气涵道3溶合)，这四根内吸气涵道是从头部小火箭1内部穿过的，火箭飞行速度达到某个值时，将不同种类的液体及固体炸药、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，被加入的火箭推进剂及空气在扩散管中混合，并在点火处9点火，被引爆的火箭推进剂，在扩散管尾部调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸调整至最大爆炸值，当连续爆轰冲压制氧火箭飞行的速度，能够满足冲压条件时，将头部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的传统火箭)，开启冲压吸气管16上的阀门8，空气被冲压至扩散管6大喇叭口处中部与扩散管中的爆轰物料混合(根据需要可在冲压吸气管16的空气进入管口处加注火箭推进剂)汇入扩散管大喇叭口的火箭推进剂喷入燃烧室7(进入燃烧室7爆炸达到最大值)，爆震波推动火箭飞行。当连续爆轰冲压火箭飞行的速度，产生的冲压压力能够满足氧气制造的压力时，开启制氧吸气管的阀门8,被冲压的空气进入制氧设备14制造氧气，制造氧气后的非氧气体及杂质经非氧排出管15(开启非氧排出管上的阀门8)经火箭尾部喇叭口排出。

图3是外冲压吸气涵道连续爆轰冲压制氧火箭图，如图所示：此火箭只有外吸气涵道3。当火箭飞行速度达到某个值时，将不同种类的液体及固体炸药、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，被引爆的火箭推进剂，在扩散管尾部调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，当火箭的速度产生的压力能够满足冲压吸气条件时，将头部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的传统火箭)，开启冲压吸气管16上的阀门8，空气被冲压至扩散管大喇叭口处与扩散管中的爆轰物料混合(根据需要可在冲压吸气管的空气进入管口处加注火箭推进剂)，汇入扩散管大喇叭口的爆轰物料喷入燃烧室7，爆震波推动火箭飞行。当火箭的速度，产生的冲压压力能够满足氧气制造的压力时，开启制氧吸气管13上的阀门8,空气进入制氧设备制造氧气，制造氧气后的非氧气体及杂质经非氧排出管15(开启非氧排出管上的阀门8)经火箭尾部喇叭口排出。

图4是树枝状冲压内吸气涵道连续爆轰冲压制氧火箭图，如图所示，先由1根内吸气涵道2从头部小火箭1(需要提供火箭燃料及液氧的传统火箭)前方正中央穿入头部小火箭1内部至尾部正中央穿出，另外的4根冲压内吸气涵道2由头部小火箭1前方中心外侧穿入头部小火箭1内部,并在头小火箭内部交于正中央冲压内吸气涵道2上，以树枝状结构在头部小火箭内部构成吸气涵道，头部小火箭1尾部拉瓦尔喷嘴(5)群，设在冲压内吸气涵道周围的头部小火箭1尾部环形壁，拉瓦尔喷嘴(5)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正中央内吸气涵道轴向重合，在此过程漏斗中会产生负压是第一次吸气，射入扩散管后产生真空为第二次吸气。此设计有拉瓦尔喷嘴效应(美国工程师玩法，乒乓球将乒乓球拍击碎。网上有此资料)。当火箭飞行(这时的火箭飞行，是需要头部小火箭工作的)速度达到某个值时，将不同种类的液体及固体炸药、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，空气与火箭炸药充分混合，在处点火处9点火，引爆的与空气混合的炸药调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7爆炸达到最大值，当连续爆轰冲压制氧火箭飞行的速度，能够满足冲压条件时，将头部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的传统火箭)，开启冲压吸气管16上的阀门8，空气被冲压至扩散管6大喇叭口处中部与扩散管中的爆轰物料混合(根据需要可在冲压吸气管16的空气进入管口处加注火箭推进剂)汇入扩散管大喇叭口的火箭推进剂喷入燃烧室7(进入燃烧室7爆炸达到最大值)，爆震波推动火箭飞行。当连续爆轰冲压火箭飞行的速度，产生的冲压压力能够满足氧气制造的压力时，开启制氧吸气管的阀门8,被冲压的空气进入制氧设备14制造氧气，制造氧气后的非氧气体及杂质经非氧排出管15(开启非氧排出管上的阀门8)经火箭尾部喇叭口排出。

图5是连续爆轰冲压制氧火箭设备、部件明细表图。

具体实施方式

连续爆轰冲压制氧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(或外吸气涵道3)、吸气室4、拉瓦尔喷嘴5、扩散管6和后部火箭燃烧室7、阀门8、点火处9、燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11、内吸气涵道喇叭口12、制氧冲压吸气管13制氧设备、非氧排出管14、非氧排出管15、冲压吸气管理工作16。

图4是树枝状冲压吸气涵道连续爆轰冲压制氧火箭图，如图所示，先由1根冲压内吸气涵道2从头部小火箭1(需要提供火箭推进剂及液氧的传统火箭)前方正中央穿入内部到头部小火箭1尾部正中央穿出，另外的4根冲压内吸气涵道2由头部小火箭1前方中心外侧穿入头部小火箭1内部至头部小火箭内部正中央交于正中央冲压内吸气涵道2形成树枝状结构,头部小火箭1尾部拉瓦尔喷嘴(5)群，设在冲压内吸气涵道周围的头部小火箭1尾部环形壁，拉瓦尔喷嘴(5)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正中央冲压内吸气涵道轴向重合，在此过程漏斗中会产生真空是第一次吸气，射入扩散管后产生真空为第二次吸气。此设计有拉瓦尔喷嘴效应(美国工程师玩法，乒乓球将乒乓球拍击碎。网上有此资料)。这个过程是需要头部小火箭工作的，当火箭飞行速度达到某个值时，将不同种类的液体及固体炸药、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，空气与爆轰火箭推进剂充分混合，引爆的炸药在扩散管尾部调整至初始爆炸状态，喷入火箭燃烧室7将爆炸强度调整到最大值，当火箭的速度产生的压力能够满足冲压吸气条件时，将头部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的传统火箭)，开启冲压吸气管16上的阀门8，空气被冲压至扩散管6喇叭口中部与扩散管中的爆轰物料混合(根据需要可在冲压吸气管的空气进入管口处加注火箭推进剂及点火)，汇入扩散管大喇叭口与爆轰物料喷入燃烧室7，爆震波推动火箭飞行。当火箭的速度，产生的冲压压力能够满足氧气制造的压力时，开启制氧吸气管13上的阀门8,空气进入制氧设备14制造氧气，制造氧气后的非氧气体及杂质经非氧排出管15(开启非氧排出管上的阀门8)经火箭尾部喇叭口排出。

连续爆轰冲压制氧火箭可以在零速起飞、主动吸气是靠头部小火箭(燃烧液氢及液氧的传统火箭)驱动射流吸气装置完成的，速度使迎面过来的空气压力能够满足冲压条件时，进入冲压吸气方式(驱动主动吸气的头部小火箭停止工作)、，当速度使迎面过来的空气压力能够达到制氧条件时，可以制氧，进入太空飞行使用传统液氢及液氧燃烧方式、在太空工作完毕后头部小火箭再一次点火，启动爆轰冲压火箭返回地面，此火箭是可以反复使用的，由于火箭的推进剂是炸药，因此可以使火箭的速度达到高超声速飞行。

Claims (10)

1.连续爆轰冲压制氧火箭，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、制氧吸气管13、制氧设备14、非氧排出管15、冲压吸气管16组成,由1-16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)，当速度使迎面过来的空气压力能够达到制氧条件时，可以制氧，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，启动连续爆轰冲压制氧火箭，重新返回地面,连续爆轰冲压制氧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.燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11加注爆轰火箭炸药/燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11的位置设置/在扩散管选择合适位置设置点火处，为火箭点火/冲压吸气管16可以是管状，也可以设计成扩散管状。

4.冲压吸气管16可以是1根，也可以是多根/只有内吸气涵道/既有内吸气涵道又外吸气涵道/只有外吸气涵道。

5.当连续爆轰冲压制氧火箭工作方法飞出大气层后，关闭所有阀门8，使火箭燃烧室7能满足太空飞行状态。

6.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及在头部小火箭内穿过/将炸药作为火箭推进剂。

7.拉瓦尔喷嘴群设计/拉瓦尔喷嘴群全部去掉，使头部小火箭喷管为环形的设计。

8.头部小火箭工作后，燃料加注点(a)10及燃料加注点(b)11及室气室4产生负压，这就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)，将混合了空气的炸药高速压入火箭燃烧室7中/燃料加注点(a)10、燃料加注点(b)11加注爆轰火箭推进剂设计/在点火处9为爆轰火箭点火。

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根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、多根扩散管、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根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、多根扩散管、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根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、多根扩散管、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根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、多根扩散管、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、1根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、多根扩散管、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、多根制气吸气管、1根非氧排出管/1个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、多根扩散管、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、多根制气吸气管、多根非氧排出管。

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、1根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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、1根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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、多根制气吸气管、1根非氧排出管/多个头部小火箭、多根拉瓦尔喷嘴、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、多根制气吸气管、多根非氧排出管。