CN106525437B - 一种用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统及点火方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统及点火方法，旨在解决现有点火系统需配备两套推进剂供应容器及管路，系统复杂的弊端。该新型点火系统包括依次连接的增压系统、点火剂储箱、供应系统和喷注器；增压系统包括并行设置在点火剂储箱上的第一抽真空管路和增压管路；点火剂储箱用于存储点火剂，储箱内为真空环境；供应系统包括供应管路和依次设置在其上的手动隔离阀、第一吹除管路、第二煤油吹除管路、气动隔离阀、手动断流阀、气动断流阀和第三煤油吹除管路；所述供应管路靠近手动隔离阀的一端为输入端，供应管路通过手动隔离阀与点火剂储箱相连；挤压介质从增压管路通入，点火剂储箱中的点火剂被挤压至供应系统，继而从供应系统输出端进入喷注器，由喷注器喷出，实现点火。

Description

一种用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统及点火 方法

技术领域

本发明属于发动机直连试验领域，具体涉及一种发动机地面试验点火系统。

背景技术

冲压发动机作为未来飞行器的重要组成部分，具有重量轻、比冲高、速度快及可重复使用等特点。某新型冲压发动机研制试验中单次试验需要多次起动，现有地面试验中满足多次点火要求的点火系统主要为火炬点火系统，其系统原理如图1所示。火炬点火系统采用气氧/煤油组织燃烧，高压直流电激发火花塞点燃混合气体。该系统需要配备两套推进剂供应容器及管路，还需配备高压包等升压整流装置，系统复杂，操作而维护性差。

发明内容

本发明提供了一种用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统及点火方法，只需配备一套推进剂供应系统，无需额外的辅助设备，即可实现发动机的多次点火。

本发明的技术方案是：

一种用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统，其特殊之处在于：它包括依次连接的增压系统、点火剂储箱、供应系统和喷注器；

所述增压系统包括并行设置在点火剂储箱上的第一抽真空管路和增压管路；所述第一抽真空管路上设置有第一抽真空隔离阀；所述增压管路上设置有增压气隔离阀和排气管路，沿排气气流方向，排气管路位于增压气隔离阀后端；所述排气管路上设置有增压气置换阀；

所述点火剂储箱用于存储点火剂，储箱内为真空环境；

所述供应系统包括供应管路和依次设置在供应管路上的手动隔离阀、第一吹除管路、第二煤油吹除管路、气动隔离阀、手动断流阀、气动断流阀和第三煤油吹除管路；所述供应管路靠近手动隔离阀的一端为输入端，供应管路通过手动隔离阀与点火剂储箱相连；所述第一吹除管路上设置有第一吹除隔离阀；沿吹扫方向，所述第二煤油吹除管路上依次设置有第二吹除隔离阀、第二抽真空管路和第三吹除隔离阀，所述第二抽真空管路上设置有第二抽真空隔离阀；所述第三煤油吹除管路上设置有第四吹除隔离阀；

挤压介质从增压管路通入，点火剂储箱中的点火剂被增压系统挤压至供应系统，继而从供应系统输出端进入喷注器，由喷注器喷出后遇空气即发生自燃，实现点火。

基于上述基本技术方案，本发明还作出如下优化限定：

考虑到点火剂热稳定性差，在高温环境下容易分解导致点火失败，因此在上述供应管路外壁采用锡箔纸、石棉布、锡箔纸的组合堆层包覆(即包覆层共3层，中间层位石棉布，里外层均为锡箔纸)，以提高系统点火的可靠性。

由于点火剂反应物和管道内的铁屑、焊流等可能会堵塞喷注器的点火导管，进而影响系统多次点火的特性，故在上述供应管路上设置过滤器，该过滤器位于第三煤油吹除管路和喷注器之间，即位于喷注器前端。

上述挤压介质为高纯氮气。

上述第一抽真空管路和第二抽真空管路均接旋片式真空泵。

本发明同时提供了一种采用上述用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统的点火方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)点火前准备工作：

1.1)对点火系统及其上各阀门进行强度和密封性测试，合格后进入步骤1.2)；

1.2)对增压系统管路进行彻底的高纯氮气置换；

1.3)对供应系统管路进行至少5次高纯氮气置换并抽真空；

1.4)对供应系统管路进行至少2次高纯氮气置换并抽真空；

1.5)向供应系统管路注满煤油；

2)点火：

向增压管路通入挤压介质，将点火剂从储箱挤入供应系统，继而进入喷注器，喷出后实现点火。

上述点火方法还包括步骤3)：系统的清洗和封存：

3.1)向供应系统注入煤油，将供应系统管路中的点火剂挤出燃烧；

3.2)继续向供应系统注入煤油，冲洗供应管路，至喷注器处无火焰产生；

3.3)采用高纯氮气吹扫供应系统的管路内残存的煤油和点火剂混合物；

3.4)将供应系统的管路拆解，并采用氢氧化钠溶液清洗其管路及各附件；

3.5)将点火系统管路连接装配，烘干，用氮气充填点火系统管路并封存。

上述步骤1.2)～步骤1.4)的置换压力不高于2MPa。

上述步骤1)和步骤3)中的煤油可由含水量极少的苯/醇类物质替代。

本发明的优点是：

1、本发明利用点火剂遇微量空气会自燃的特性，首次采用新型化学点火系统，该化学点火系统采用挤压式供应系统实现冲压发动机高空模拟试验多次点火，点火方便可靠；与现有点火系统相比，本发明仅需一套点火剂供应管路及储箱，且无需配备辅助装置，系统简单、操作和维护性方便。

2、本发明的供应管路采用堆层包覆，使位于真空舱内的那一段供应管路的壁温大大降低，有效保证了系统正常点火，可靠性高。

3、本发明在喷注器前设置过滤器，防止残余点火剂反应产生物等堵塞喷注器的点火导管喷注孔，有效保证了系统多次起动点火的特性。

4、采用高纯氮气置换+煤油/含水量极少的苯/醇类物质冲洗+抽真空的组合方式，保证了再次启动时点火剂系统管道内无多余物，系统流阻特性稳定，进一步保证了点火的可靠性。

附图说明

图1是现有点火系统原理图；

图2是本发明的系统原理图；

图3是本发明在发动机试验后系统清洗处理的原理图；

其中，1-增压系统；101-第一抽真空管路；102-增压管路；103-排气管路；104-第一抽真空隔离阀；105-增压气隔离阀；106-增压气置换阀；2-点火剂储箱；3-供应系统；301-供应管路；302-手动隔离阀；303-第一吹除管路；304-第二煤油吹除管路；305-气动隔离阀；306-手动断流阀；307-气动断流阀；308-第三煤油吹除管路；309-第一吹除隔离阀；310-第二吹除隔离阀；311-第二抽真空管路；312-第三吹除隔离阀；313-第二抽真空隔离阀；314-第四吹除隔离阀；315-过滤器；4-喷注器。

具体实施方式

如图2所示，本发明所公开的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统，包括依次连接的增压系统1、点火剂储箱2、供应系统3和喷注器4。

增压系统1包括安装在点火剂储箱2上端的第一抽真空管路101和增压管路102；其中，增压管路102和第一抽真空管路101并联安装在点火剂储箱2上，在增压管路102上预留排气管路103。在第一抽真空管路101上设置有第一抽真空隔离阀104，在增压管路102上安装增压气隔离阀105，在排气管路103上安装增压气置换阀106，且前述各阀门均为手动阀；沿排气气流方向，排气管路位于增压气隔离阀后端。

点火剂储箱2用于存储点火剂，加注点火剂前，将储箱抽真空，保持点火剂储存在真空环境中。

供应系统3包括供应管路301和依次设置在供应管路上的手动隔离阀302、第一吹除管路303、第二煤油吹除管路304、气动隔离阀305、手动断流阀306、气动断流阀307和第三煤油吹除管路308，其中手动隔离阀302靠近点火剂储箱。

发动机试验时，供应管路301上位于手动断流阀后端的一段管路是位于发动机试验舱(真空舱)内的，在供应管路301外壁采用锡箔纸+石棉布+锡箔纸的组合堆层包覆，使位于发动机试验舱(真空舱)内的那段供应管路301的壁温由180℃降低至50℃，以避免点火剂由于高温分解导致点火失败。

第一吹除管路303上安装有第一吹除隔离阀309；沿吹扫方向，第二煤油吹除管路304上依次设置有第二吹除隔离阀310、第二抽真空管路311和第三吹除隔离阀312，且第二抽真空管路311上安装有第二抽真空隔离阀313；第三煤油吹除管路308上安装有第四吹除隔离阀314。前述供应系统的各个阀门中，第一吹除隔离阀309、第二吹除隔离阀310、第三吹除隔离阀312和第二抽真空隔离阀313均为手动阀，第四吹除隔离阀314为气动阀。

在各阀门及点火系统测试时，通过关闭上述手动阀，将点火系统与外界隔离，防止系统中进入空气而导致点火前系统多余物(点火剂与微量水或空气即可反应产生氧化铝粉末)的生成。将高纯氮气(挤压介质)从增压管路102通入点火系统，点火剂储箱中的点火剂被高纯氮气挤压至供应系统3，继而从供应系统输出端进入喷注器4，最后点火剂由喷注器喷出后遇空气即发生自燃，从而实现点火；通过挤压方式，使点火剂多次从喷注器喷出，便可实现多次点火。

考虑到系统管路中少许残留的焊瘤、铁屑以及点火剂反应产生的多余物可能会堵塞点火导管喷注孔，影响点火系统多次点火的特性，可在点火前将点火剂阀后管路(即气动断流阀307后管路)，以防止点火剂在进入发动机前在管路中发生反应，并且在点火结束后用煤油冲洗阀后管路；同时，在喷注器前安装过滤器，也可有效过滤易造成导火管喷注孔堵塞的物质。

本发明同时公开了采用图2所示点火系统的点火方法，包括以下步骤：

步骤1：点火前准备工作：

1.1)首先对点火系统及其上各阀门进行强度和密封性测试，合格后进入步骤1.2)；

这里需要注意的是，在系统测试时，应先关闭点火系统中所有手动阀，将点火系统与外界隔离，防止空气进入系统管路，避免点火前系统多余物的生成；

1.2)通过向增压管路102通入质量分数≥99.99％的高纯氮气对增压系统的管路进行彻底的高纯氮气置换；

1.3)通过向第一吹除管路303通入质量分数≥99.99％的高纯氮气对供应系统的管路进行5次氮气置换，每次置换压力不高于2MPa；然后采用2X-15旋片式真空泵对供应系统的管路抽真空，极限真空压力达到10^-6Pa；

1.4)采用与步骤1.3)相同的方法再对供应系统的管路进行至少2次高纯氮气置换并抽真空；

1.5)通过向第二煤油吹除管路304和第三煤油吹除管路308注入煤油，将点火剂阀后管路(即沿挤压方向，手动隔离阀302后端的管路)充满；

2)点火：

向增压管路102通入氮气(挤压介质)，将点火剂从储箱挤入供应系统，继而进入喷注器4，点火剂喷出后自燃，实现点火。

3)发动机试验结束后应对点火系统清洗和封存：

3.1)将喷注器拆解，在供应系统输出端连接排液管路，如图3所示；通过第二煤油吹除管路304和第三煤油吹除管路308向供应系统中注入煤油，将供应管路中的点火剂挤出燃烧；

3.2)继续向供应系统注入煤油，断续冲洗供应管路，至喷注器处无火焰产生；

3.3)向第一吹除管路303通入氮气，采用氮气吹扫供应系统的管路内残存的煤油和点火剂混合物；

3.4)将供应系统的管路拆解，并采用氢氧化钠溶液清洗供应系统的管路及其上各附件(阀门、过滤器等)；

3.5)将整个点火系统的管路连接装配，烘干，用高纯氮气充填点火系统管路并封存。

Claims (8)

1.一种用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统，其特征在于：包括依次连接的增压系统、点火剂储箱、供应系统和喷注器；

所述增压系统包括并行设置在点火剂储箱上的第一抽真空管路和增压管路；所述第一抽真空管路上设置有第一抽真空隔离阀；所述增压管路上设置有增压气隔离阀和排气管路，沿排气气流方向，排气管路位于增压气隔离阀后端；所述排气管路上设置有增压气置换阀；

所述点火剂储箱用于存储点火剂，储箱内为真空环境；

所述供应系统包括供应管路和依次设置在供应管路上的手动隔离阀、第一吹除管路、第二煤油吹除管路、气动隔离阀、手动断流阀、气动断流阀和第三煤油吹除管路；所述供应管路靠近手动隔离阀的一端为输入端，供应管路通过手动隔离阀与点火剂储箱相连；所述第一吹除管路上设置有第一吹除隔离阀；沿吹扫方向，所述第二煤油吹除管路上依次设置有第二吹除隔离阀、第二抽真空管路和第三吹除隔离阀，所述第二抽真空管路上设置有第二抽真空隔离阀；所述第三煤油吹除管路上设置有第四吹除隔离阀；

挤压介质从增压管路通入，点火剂储箱中的点火剂被挤压至供应系统，继而从供应系统输出端进入喷注器，由喷注器喷出，实现点火；

所述供应管路外壁采用锡箔纸、石棉布、锡箔纸的组合堆层包覆。

2.根据权利要求1所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统，其特征在于：所述供应管路上还设置有过滤器，该过滤器位于第三煤油吹除管路和喷注器之间。

3.根据权利要求2所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统，其特征在于：所述挤压介质为质量分数≥99.99％的干燥惰性气体。

4.根据权利要求3所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统，其特征在于：所述第一抽真空管路和第二抽真空管路均接旋片式真空泵。

5.采用权利要求2所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统的点火方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)点火前准备工作：

1.1)对点火系统及其上各阀门进行强度和密封性测试，合格后进入步骤1.2)；

1.2)对增压系统管路进行彻底的高纯氮气置换；

1.3)对供应系统管路进行至少5次氮气置换并抽真空；

1.4)对供应系统管路进行至少2次氮气置换并抽真空；

1.5)向供应系统管路注满煤油；

2)点火：

向增压管路通入挤压介质，将点火剂从储箱挤入供应系统，继而进入喷注器，喷出后实现点火。

6.根据权利要求5所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统的点火方法，其特征在于：还包括步骤3)：系统的清洗和封存：

3.1)向供应系统注入煤油，将供应系统管路中的点火剂挤出燃烧；

3.2)继续向供应系统注入煤油，冲洗供应管路，至喷注器处无火焰产生；

3.3)采用高纯氮气吹扫供应系统管路内残存的煤油和点火剂混合物；

3.4)将供应系统的管路拆解，并采用氢氧化钠溶液清洗其管路及各附件；

3.5)将点火系统管路连接装配，烘干，用高纯氮气充填点火系统管路并封存。

7.根据权利要求5所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统的点火方法，其特征在于：所述步骤1.2)～步骤1.4)的置换压力不高于2MPa。

8.根据权利要求6或7所述的用于液体冲压发动机多次点火的新型点火系统的点火方法，其特征在于：所述步骤1)和步骤3)中的煤油由含水量极少的苯/醇类物质替代。