CN105840351A - 一种将凝胶或膏状燃料供应至发动机燃烧室的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种将凝胶和/或膏状燃料供应至发动机燃烧室的方法，该方法将凝胶和/或膏状燃料与液体燃料独立地输送至螺杆泵中，边混合边进行剪切稀化，形成悬浮液，然后将该悬浮液经喷嘴雾化后喷入发动机燃烧室中。

Description

一种将凝胶或膏状燃料供应至发动机燃烧室的方法
技术领域
本发明属于燃料供应至发动机燃烧室的方法领域，涉及将凝胶和/或膏状燃料供应至发动机燃烧室的方法。
背景技术
凝胶和/或膏状燃料是一种在液体燃料中加入固体颗粒均匀混合、再添加凝胶剂而形成的胶状物质，具有一定储存期并能长期保持稳定。凝胶和/或膏状燃料在储存使像固体，加压或剪切时具有类似液体的流动性。凝胶和/或膏状燃料具有液体和固体燃料的最佳综合特性，比液体燃料更安全，比固体燃料更能灵活控制推力。其特征是具有高密度、高燃烧能量(即高能量密度)、高安全性及长期贮存稳定的能力，在运载火箭、导弹和空间飞行器动力系统中有广泛的应用前景。
凝胶和/或膏状燃料的高粘度、非牛顿流体特性使得该类燃料使用困难。首先，发动机需要较高的压力才能使燃料在输送管路中输送流动，而凝胶和/或膏状燃料供给和流速调节不易实现，进而对飞行器飞行动力不能快速控制；其次，凝胶和/或膏状燃料燃料的粘度大，为液体燃料的10000倍以上，经由发动机喷嘴喷入燃烧室时雾化质量差，甚至将喷口堵塞。
专利CN103485934A提出了一种用于发动机的推力增进系统和方法，通过在燃料输送管路上，耦接一个管路增压器和流量阀，以对管路里的燃料进行增压和控制，用于解决凝胶和/或膏状燃料在管路输送到燃烧室点火时压力不够的问题。但仍然达不到灵活控制凝胶和/或膏状燃料的供给和流速以及提高燃料雾化质量的问题。
发明内容
针对上述缺点，本发明提供了一种凝胶和/或膏状燃料的使用新方法。该方法将凝胶和/或膏状燃料与液体燃料独立地输送至螺杆泵中，边混合边进行剪切稀化，形成悬浮液，然后将该悬浮液经喷嘴雾化后喷入发动机燃烧室中。
在本发明中，与凝胶和/或膏状燃料贮箱平行增加一套液体燃料贮箱，将凝胶和/或膏状燃料与液体燃料同时输送至高转速高压螺杆泵中，在高速旋转高剪切力作用下，凝胶和/或膏状燃料的粘度迅速减小，并与液体燃料充分混合，形成接近牛顿流体特性的悬浮液，遵照牛顿流体的特性，燃料粘度进一步变小且同时随压力变化呈规律性变化，使得送管路压力降减小，输送流速易于控制，且雾化质量提高，最后由螺杆泵在高转速和高压下输送至发动机燃烧室喷嘴雾化燃烧。实现凝胶和/或膏状燃料稳定可靠使用。
优选地，其中所述螺杆泵在高转速和高压下运行，其中所述高转速为1000rpm，其中所述高压为1.0MPa。
本发明的有益效果：
1、凝胶和/或膏状燃料与液体燃料进行混合，将高粘度非牛顿流体特性的凝胶和/或膏状燃料转变为具有低粘度牛顿流体特性的悬浮液，解决凝胶和状燃料输送和雾化问题。
2、凝胶和/或膏状燃料与液体燃料分开贮存于两个油箱，保持凝胶和/或膏状燃料稳定性良好、高能量热值，以及液体燃料技术成熟的优点，又解决了凝胶和/或膏状燃料的使用困难、液体燃料能量密度不够高的问题。
3、利用高压高转速螺杆泵混合和输送燃料，螺杆泵的高转速叶轮的高剪切力对凝胶和状燃料进行高剪切，有效降低粘度，并与液体燃料充分混合，
4、通过控制高压螺杆泵转速，来控制发动机燃烧室燃料供给流速，解决凝胶和状燃料燃料流量变化滞后的问题。
附图说明
图1为本方法凝胶和/或膏状燃料系统的流程图。
其中实线部分为发动机固件，包括燃料贮存、加压、输送、混合、雾化与燃烧固件系统；虚线部分为控制线，即通过发动机中央处理器，对各个部件进行调节控制的控制系统。
具体实施方式
整个燃料使用流程如下：在发动机凝胶和/或膏状燃料贮箱和输送管路上，平行增加一套液体燃料贮箱和输送系统，由于不同凝胶和/或膏状燃料与液体燃料的组合对应所需两种燃料混合比例也不尽相同，通过控制系统对两种燃料输送的流量进行控制，来实现对凝胶和/或膏状燃料与液体燃料混合比例的调节，进而流量变化与压力罐A和B的输出压力控制联动，使得两种燃料按一定的比例同时进入螺杆泵，凝胶和/或膏状燃料进入螺杆泵后，经由高速旋转(1000rpm)的螺杆泵剪切，粘度迅速减小，同时与液体燃料的混合均匀后，形成具备牛顿流体特性的悬浮液，再经由螺杆泵加压达到1.0MPa，将悬浮液以高流速短时间压至燃烧室喷嘴，快速均匀雾化并进行燃烧。同时，通过发动机控制系统对螺杆泵转速进行控制，以调节其输出压力，进而控制燃料进入燃烧室的流量，使得发动机对飞行速度和姿态进行快速调节。

Claims (2)

1.一种将凝胶或膏状燃料供应至发动机燃烧室的方法，其特征在于，将凝胶或膏状燃料与液体燃料独立地输送至螺杆泵中，边混合边进行剪切稀化，形成悬浮液，然后将该悬浮液经喷嘴雾化后喷入发动机燃烧室中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述螺杆泵在高转速和高压下运行，其中所述高转速为1000rpm(转/分钟)，其中所述高压为1.0MPa(1.0×106Pa)。
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