CN105422317A - 一种用于发动机的起动箱式多次起动系统及起动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于发动机的起动箱式多次起动系统及起动方法，由起动箱、气瓶、电爆阀、起动控制阀及管路组成，是一种用于泵压式液体火箭发动机的多次起动系统。该系统可以贮存并供应发动机起动所需要的推进剂，并具备反复充填的功能，可以实现泵压式液体火箭发动机的多次起动。经过试验验证，该系统用于泵压式上面级液体火箭发动机可以实现不少于20次起动的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种泵压式上面级液体火箭发动机的起动系统及起动方法，用于泵压式上面级液体火箭发动机可实现多次起动的功能。
背景技术
对于泵压式液体火箭发动机而言，为确保发动机可靠起动并满足一定的起动加速性要求，一般需要设置专门的起动系统。目前国内现有型号的泵压式液体火箭发动机一般采用火药起动器作为起动装置。随着航天技术的发展，对于泵压式液体火箭发动机，特别是应用于上面级的泵压式液体火箭发动机，对多次起动能力有了越来越来迫切的需求，而如果采用传统的火药起动器起动的方案，发动机实现多次起动就需要设置多个火药起动器，会显著增加发动机的体积和重量，且不利于总装布局，并降低发动机工作的可靠性。因此，需要研制一种新型的起动系统，用于泵压式液体火箭发动机实现多次起动的功能。
发明内容
为解决现有泵压式液体火箭发动机的起动系统在实现多次起动时，采用多个火药起动器会增加发动机的体积和重量且不利于总装布局的技术问题，本发明提供一种应用于泵压式上面级液体火箭发动机的起动箱式多次起动系统及方法，可以使发动机具有不少于20次的多次起动能力。
本发明的提供的技术解决为：一种用于发动机的起动箱式多次起动系统，其特殊之处在于：
包括用于气瓶充气放气的充气阀；
用于提供起动箱内推进剂所需的增压气体的气瓶；
用于在发动机工作前隔离气瓶与起动箱的电爆阀；
用于贮存、供应并充填发动机起动所需推进剂的起动箱；
用于控制发动机的起动与关机的起动控制阀；
用于防止起动过程中起动箱内的推进剂流入泵后管路的单向阀；
所述起动箱包括壳体及气液分离装置，所述气液分离装置设置在壳体中将壳体分为气腔和液腔，所述气腔设置有气体接口，所述液腔设置有液体接口，所述气液分离装置是可移动的，当气腔压力大于液腔压力时，气液分离装置朝向液腔移动，当气腔压力小于液腔压力时，气液分离装置朝向气腔移动；
所述气瓶通过电爆阀与气体接口连接；
所述起动控制阀包括第一接口、第二接口及第三接口，所述第一接口通过单向阀与泵后管路连接，所述第二接口与起动箱液体接口连接，所述第三接口与燃气发生器连接，所述起动控制阀还包括用于第二接口通断的阀芯A及用于第三接口通断的阀芯B，当阀芯A单独打开时，泵后管路与起动箱液腔处于连通状态，当阀芯A和阀芯B同时打开时，泵后管路、起动箱液腔及燃气发生器均处于连通状态。
利用上述的起动箱式多次起动系统进行火箭发动机起动的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1)火箭发射前，在发射场对气瓶进行充气；
2)发射入轨后，打开起动控制阀阀芯A，推进剂供应贮箱内的推进剂在自身箱压的作用下对起动箱进行加注，加注完成后关闭起动控制阀阀芯A；
3)打开电爆阀，气瓶内的高压气体对起动箱内的推进剂增压；
4)发动机起动时，同时打开起动控制阀阀芯A和阀芯B，起动箱内的推进剂在气瓶内高压气体的作用下挤压进入燃气发生器，
5)发动机点火，随着发动机工况不断爬升，当泵后管路压力高于起动箱压力的时候，由泵后推进剂对起动箱进行再次充填，为下一次起动做准备，
6)发动机再次起动时，重复步骤4)-5)。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、由于本发明采用起动箱进行挤压起动的起动方式，且在发动机工作过程中能够实现反复充填，仅利用该系统即可实现泵压式液体火箭发动机的多次起动。而现有的泵压式液体火箭发动机多采用火药起动器进行起动，若使发动机具备多次起动的能力，需要设置多个火药起动器，使发动机的体积、质量显著增加，且降低发动机的可靠性。通过试验及发动机整机热试车验证，本发明应用于泵压式上面级液体火箭发动机能够实现不少于20次起动的工作能力。
附图说明
图1为本发明的系统图；
图2为本发明中起动箱的示意图；
图3为本发明中起动控制阀的示意图；
图4为本发明用于泵压式液体火箭发动机的系统图。
其中附图标记为：1-起动箱、11-气液分离装置、12-气腔、13-液腔、14-气体接口、15-液体接口、2-气瓶、3-电爆阀、4-充气阀、5-起动控制阀、6-单向阀、7-燃气发生器、51-第一接口、52-第二接口、53-第三接口、54-阀芯A、55-阀芯B、8-推力室、9-泵后管路、10-泵、16-涡轮、17-氧气起动系统、18-燃料启动系统。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的系统图，本发明为一种泵压式上面级液体火箭发动机的起动系统，由起动箱1、气瓶2、电爆阀3、充气阀4、起动控制阀5及管路组成。起动箱1用以贮存、供应并充填发动机起动所需的推进剂；气瓶2用以提供起动箱内推进剂所需的增压气体；电爆阀3用于在发动机工作前隔离气瓶2与起动箱1；充气阀4用于气瓶2的充气放气；起动控制阀5用以控制发动机的起动与关机；同时在起动系统与泵后管路之间设置了单向阀6，用于防止起动过程中起动箱内的推进剂流入泵后管路9。
图2所示为本发明中起动箱的示意图，本发明的起动箱1包括壳体及气液分离装置11，气液分离装置设置在壳体中将壳体分为气腔12和液腔13，气腔设置有气体接口14，液腔设置有液体接口15，气液分离装置是可移动的，当气腔压力大于液腔压力时，气液分离装置朝向液腔移动，当气腔压力小于液腔压力时，气液分离装置朝向气腔移动。
图3所示为本发明中采用的起动控制阀的示意图，起动控制阀5为一种电动气阀门，用于控制发动机的起动与关机。阀门设置三个接口，其中第一接口51为阀门的入口，第一接口51通过单向阀6与发动机泵后管路9连接；第二接口52与起动箱1液腔13连接；第三接口53与燃气发生器7连接。在第二接口52处设置有阀芯A54，第三接口53处设置有阀芯B55，当阀芯A54单独打开时，泵后管路9与起动箱1液腔13处于连通状态，当阀芯A54和阀芯B55同时打开时，泵后管路9、起动箱1液腔12及发生器7均处于连通状态。
在火箭发射前，需要在发射场对气瓶2进行充气，而起动箱1在地面不进行加注工作。
当上面级发射入轨后，打开起动控制阀阀芯A54，上面级贮箱内的推进剂在箱压的作用下对起动箱1进行加注，加注完成后关闭阀芯A54，并打开电爆阀3，气瓶2内的高压气体对起动箱1内的推进剂增压。发动机起动时，打开起动控制阀阀芯A54和阀芯B55，起动箱1内的推进剂在气瓶内高压气体的作用下挤压进入燃气发生器7，发动机点火，随着发动机工况不断爬升，当泵后管路9压力高于起动箱1的气腔12压力的时候，由泵后推进剂对起动箱1进行再次充填，气腔12的气体被压回气瓶2，为下一次起动做准备，如此反复工作，可以实现泵压式液体火箭发动机多次起动的功能。
图4所示为本发明用于泵压式液体火箭发动机的系统图，发动机主要由推力室、燃气发生器、涡轮泵、起动系统及其他管路和阀门组成。本发明可同时用做该泵压式液体火箭发动机系统中的氧化剂起动系统17也可用作燃料起动系统18，用于实现泵压式液体火箭发动机的多次起动。本发明通过起动控制阀第一接口及单向阀与泵后管路连接，通过第三接口与燃气发生器连接。
Claims (2)
1.一种用于发动机的起动箱式多次起动系统，其特征在于：
包括用于气瓶充气放气的充气阀(4)；
用于提供起动箱内推进剂所需的增压气体的气瓶(2)；
用于在发动机工作前隔离气瓶与起动箱的电爆阀(3)；
用于贮存、供应并充填发动机起动所需推进剂的起动箱(1)；
用于控制发动机的起动与关机的起动控制阀(5)；
用于防止起动过程中起动箱内的推进剂流入泵后管路的单向阀(6)；
所述起动箱(1)包括壳体及气液分离装置(11)，所述气液分离装置设置在壳体中将壳体分为气腔(12)和液腔(13)，所述气腔设置有气体接口(14)，所述液腔设置有液体接口(15)，所述气液分离装置是可移动的，当气腔压力大于液腔压力时，气液分离装置朝向液腔移动，当气腔压力小于液腔压力时，气液分离装置朝向气腔移动；
所述气瓶(2)通过电爆阀(3)与气体接口连接；
所述起动控制阀包括第一接口(51)、第二接口(52)及第三接口(53)，所述第一接口(51)通过单向阀(6)与泵后管路(9)连接，所述第二接口(52)与起动箱液体接口(15)连接，所述第三接口(53)与燃气发生器(7)连接，所述起动控制阀(5)还包括用于第二接口(52)通断的阀芯A(54)及用于第三接口通断的阀芯B(55)，当阀芯A单独打开时，泵后管路(9)与起动箱液腔(13)处于连通状态，当阀芯A(54)和阀芯B(55)同时打开时，泵后管路(9)、起动箱液腔(13)及燃气发生器(7)均处于连通状态。
2.利用权利要求1所述的起动箱式多次起动系统进行火箭发动机起动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)火箭发射前，在发射场对气瓶(2)进行充气；
2)发射入轨后，打开起动控制阀阀芯A(54)，推进剂供应贮箱内的推进剂在自身箱压的作用下对起动箱(1)进行加注，加注完成后关闭起动控制阀阀芯A(54)；
3)打开电爆阀，气瓶(2)内的高压气体对起动箱(1)内的推进剂增压；
4)发动机起动时，同时打开起动控制阀阀芯A(54)和阀芯B(55)，起动箱内的推进剂在气瓶(2)内高压气体的作用下挤压进入燃气发生器(7)，
5)发动机点火，随着发动机工况不断爬升，当泵后管路压力高于起动箱(1)压力的时候，由泵后推进剂对起动箱(1)进行再次充填，为下一次起动做准备，
6)发动机再次起动时，重复步骤4)-5)。
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