CN106870206A - 一种快速响应固液火箭发动机组合药柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速响应固液火箭发动机组合药柱，适用于多次快速启动固液火箭发动机。包括前端阻燃层、前易燃段、后高能段。前易燃段，选用低燃点药柱，如石蜡基燃料，后高能段，段选用高性能药柱，如含铝粒子的段羟基聚丁二烯燃料。前易燃段和后高能段采用浇筑或增材制造的方式一体化成形。本发明一种快速响应固液火箭发动机组合药柱，兼具固液火箭发动机固体药柱高性能、快速响应的优点。

Description

一种快速响应固液火箭发动机组合药柱

技术领域

本发明涉及一种快速响应固液火箭发动机组合药柱，用于固液火箭发动机的快速点火，属于固液火箭发动机领域。

背景技术

过氧化氢固液火箭发动机具有安全性好、推力调节容易、可实现关机和多次启动、无毒无污染、药柱稳定性好、温度敏感性低和经济性好等优点。十分符合临近空间飞行器动力系统快速、经济、可靠、安全、绿色、大空域、大推力调节和推力智能控制的要求。

固液火箭发动机可采用的固体燃料繁多，通常为各种聚合化合物和添加物，包括聚乙烯、端羟基聚丁二烯、段羧基聚丁二烯、聚丁二烯丙烯腈、聚氨基甲酸脂，石蜡、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物以及各种金属粒子、固体氧化剂与金属氢化物添加物。常用的如添加铝粒子的端羟基聚丁二烯，具有比冲高、密度高等优点，但点火困难，点火延迟时间长；石蜡基药柱燃料低，点火迅速，但比冲性能较差，机械性能不好。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种快速响应固液火箭发动机组合药柱，用于固液火箭发动机的多次快速启动。

本发明固液燃料药柱采用分段浇筑或增材制造技术成型，包括前端阻燃层、前易燃段、后高能段。前端阻燃层包覆在前易燃段端面，药柱前易燃段为低燃点、点火迅速的药柱配方，后高能段为高性能、比冲高的药柱配方。药柱前段长度占药柱全长的5％-15％，组合药柱设计适合于单圆孔形、星形、车轮形等不同药形的固体燃料方案。

前端阻燃层，包覆在前易燃段端面，选用绝热耐烧材料，如三元乙丙橡胶。减少药柱前易燃段的端面燃烧，延长前易燃段的工作时间，保障固液火箭发动机的多次点火启动。

药柱前易燃段与后高能段，选用能采用同种成型工艺的燃料组合。选择同时适用于浇筑成型的燃料组合，或是适用于增材制造技术成型的燃料组合。如石蜡基药柱和段羟基聚丁二烯均可使用浇筑的方式成型。浇筑成型中，先浇筑药柱后高能段，取出前端面模具，再浇筑药柱前易燃段，使整个药柱形成一个整体；增材制造技术，先打印药柱后高能段，更换打印材料，再打印药柱前易燃段。

药柱前易燃段，选用燃点低、点火延迟时间短的燃料，常用的药柱有石蜡基燃料，添加氧化剂成分的燃料，添加金属丝如微米级铝丝的燃料。

药柱后高能段，选用比冲性能高的燃料，常用的燃料有添加金属的端羟基聚丁二烯。

本发明的优点在于：

(1)本发明快速响应固液火箭发动机组合药柱，兼具比冲高、点火延迟短的优点，有利于实现固液火箭发动机多次快速点火启动，适用于临近空间飞行器动力系统；

(2)本发明快速响应固液火箭发动机组合药柱，药柱前易燃段与后高能段一体化成形，中间无间隙，有利于药柱后高能段的点火；

(3)本发明快速响应固液火箭发动机组合药柱，药柱前端面包覆阻燃材料，减少端面烧蚀，延长药柱前易燃段工作时间，保证固液火箭发动机多次点火启动。

附图说明

图1为本发明一种快速响应固液火箭发动机组合药柱。

图中：

1-前端阻燃层，2-前易燃段，3-后高能段

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种快速响应固液火箭发动机组合药柱，用于固液火箭发动机的多次快速启动。本发明固液燃料药柱采用分段浇筑或增材制造技术成型，包括前端阻燃层1、前易燃段2、后高能段3。前端阻燃层包覆在前易燃段端面，药柱前易燃段为低燃点、点火迅速的药柱配方，后高能段为高性能、比冲高的药柱配方。药柱前段长度占药柱全长的5％-15％，组合药柱设计适合于单圆孔形、星形、车轮形等不同药形的固体燃料方案。

前端阻燃层，包覆在前易燃段端面。减少药柱前易燃段的端面燃烧，延长前易燃段的工作时间，保障固液火箭发动机的多次点火启动。

药柱前易燃段与后高能段，选用能采用同种成型工艺的燃料组合。选择同时适用于浇筑成型的燃料组合，或是适用于增材制造技术成型的燃料组合。如石蜡基药柱和段羟基聚丁二烯均可使用浇筑的方式成型。浇筑成型中，先浇筑药柱后高能段，取出前端面模具，再浇筑药柱前易燃段，使整个药柱形成一个整体；增材制造技术，先打印药柱后高能段，更换打印材料，再打印药柱前易燃段。

药柱前易燃段，选用燃点低、点火延迟时间短的燃料，常用的药柱有石蜡基燃料，添加氧化剂成分的燃料，添加金属丝如微米级铝丝的燃料。

药柱后高能段，选用比冲性能高的燃料，常用的燃料有添加金属的端羟基聚丁二烯。

本发明的一种固液火箭发动机组合药柱设计方案，药柱分段浇筑而成，前段采用点火迅速、燃点低的药柱，如石蜡基药柱；后端采用高性能、比冲高的药柱，如含铝粒子的端羟基聚丁二烯药柱。在保证高性能的同时，提高固体燃料药柱的响应速度，降低多次启动过程的点火延迟时间。

本发明快速响应固液火箭发动机组合药柱，前易燃段，选用低燃点药柱，如石蜡基燃料，后高能段，段选用高性能药柱，如含铝粒子的段羟基聚丁二烯燃料。前后段一体化浇筑或采用增材制造技术成型。前端阻燃层包覆在前易燃段端面。

药柱前易燃段取药柱总长的5％-15％，优选10％。

前端阻燃层包覆在前易燃段端面，前端阻燃层选用绝热材料，与前易燃段端面粘接。

药柱前易燃段与后高能段选择同种工艺成型的燃料，均可采用浇筑或增材制造技术一体化成形，前易燃段与后高能段药柱中间无间隙。

Claims (8)

1.快速响应固液火箭发动机组合药柱，包括前端阻燃层、前易燃段、后高能段，前端阻燃层包覆在前易燃段端面，前易燃段占药柱总长的5％-15％，其余药柱为后高能段。

2.根据权利要求1所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的前端阻燃层为绝热耐烧材料。

3.根据权利要求2所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的前端阻燃层的材料为三元乙丙橡胶。

4.根据权利要求1所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的药柱前易燃段与后高能段，采用的燃料组合为：石蜡和段羟基聚丁二烯，药柱采用浇筑的方式成型，浇筑成型中，先浇筑药柱后高能段，取出前端面模具，再浇筑药柱前易燃段，使整个药柱形成一个整体。

5.根据权利要求1所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的药柱前易燃段与后高能段，采用的燃料组合为：石蜡和段羟基聚丁二烯，药柱采用增材制造技术，先打印药柱后高能段，更换打印材料，再打印药柱前易燃段。

6.根据权利要求1所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的药柱前易燃段采用石蜡基燃料或者采用添加金属丝的燃料。

7.根据权利要求1所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的药柱后高能段采用添加金属的端羟基聚丁二烯。

8.根据权利要求1所述的快速响应固液火箭发动机组合药柱，所述的前易燃段占药柱总长的10％。