CN106988928A - 一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，涉及一种二次流喉栓火箭发动机属于火箭发动机领域。本发明主要由壳体、电机、导轮、燃烧室、喉栓和喷管等喉栓火箭发动机基本装置组成。将所述的喉栓内部掏空，在掏空部分装有二次流气源，并在喉栓顶部开有二次流喷注口。工作时在二次流喷注口喷注二次流气源产生的高压二次流，所述喷注的二次流在主流燃气与喉栓表面之间形成的二次流剪切层，用于减小主流与喉栓的直接接触，进而减少主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高喉栓的工作寿命。本发明能够降低工作过程中主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，进而提高喉栓的工作寿命。

Description

一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机
技术领域
本发明涉及一种喉栓火箭发动机，尤其涉及一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，属于火箭发动机领域。
背景技术
二次流体喷射是指通过注射二次射流到发动机喷管喉部或者喷管扩张段的主流中，二次射流和主流发生相互作用，改变主流流动状况，从而改变发动机推力的大小和方向。喉栓方案控制固体火箭发动机可以获得推力大小无级调节的理想结果，并且推力调节范围大，调节比大致为10-100，另外可实现随机调节，响应速度很快。
通过改变喷管喉部面积来调节推力是固体火箭发动机推力调节技术领域的一个研究分支。在固定喷管型面的条件下，改变喉部面积的方法主要有机械和流体两种方法。
机械方法主要是带可移动的喉拴，通过喉拴的移动来改变喉部面积。该方法主要适用于小型的固体火箭发动机。因为驱动喉拴要有相应的传动伺服机构，因而用于大型固体火箭发动机时，喉拴的尺寸会增大，使附加结构质量大大增加并且转动部件的存在也降低了该方法的可靠性。另外，喉栓在工作过程中受到主流的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，不能够长时间工作。
发明内容
本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机要解决的技术问题是降低工作过程中主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，进而提高喉栓的工作寿命。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，主要由壳体、电机、导轮、燃烧室、喉栓和喷管等喉栓火箭发动机基本装置组成。将所述的喉栓内部掏空，在掏空部分装有二次流气源，并在喉栓顶部开有二次流喷注口。工作时在二次流喷注口喷注二次流气源产生的高压二次流，所述喷注的二次流在主流燃气与喉栓表面之间形成的二次流剪切层，用于减小主流与喉栓的直接接触，进而减少主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高喉栓的工作寿命。
此外，通过改变二次流工质的组分、状态能够调节主流对喉栓的抗烧蚀和降温作用大小。
为进一步降低喉栓的温度，提升抗烧蚀能力，喷注的二次流优选低温二次流。
所述的二次流气源优选高压燃气发生器。
所述喷注的高压二次流还能够从两方面起到推力控制作用：第一，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室压强，实现发动机推力可控；第二，喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
此外，通过改变二次流工质的组分、状态也能够调节喉栓火箭发动机推力大小，实现发动机推力可控。
本发明公开的一种具有推力可控和降温功能的火箭发动机的工作方法为：
喉栓内的二次流气源产生高压低温二次流，经由喉栓顶部的二次流喷口注入喉部，喷注的二次流在主流与喉栓表面之间形成的二次流剪切层内为相对低温燃气，降低喉栓的烧蚀温度，二次流剪切层还减少高温主流与喉栓的直接接触，进而减少主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦。从而延长了喉栓的工作时间。通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室压强，实现发动机推力可控。喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
有益效果：
1、本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，工作时在二次流喷注口喷注二次流气源产生的高压二次流，所述喷注的二次流在主流燃气与喉栓之间形成的二次流剪切层，用于减小主流与喉栓的直接接触，进而减少主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高喉栓的工作寿命。
2、本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，通过改变二次流工质的组分、状态能够调节主流对喉栓的抗烧蚀和降温作用大小。选用低温二次流能够进一步降低喉栓的温度，提升抗烧蚀能力。
3、本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，所述喷注的高压二次流还能够从两方面起到推力控制作用：第一，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室压强，实现发动机推力可控；第二，喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
4、本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，通过改变二次流工质的组分、状态也能够调节喉栓火箭发动机推力大小，实现发动机推力可控。
附图说明
图1为本发明公开的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机的结构示意图；
图2为发动机喉部与喉栓顶部局部放大示意图。
其中：1—喉栓、1.1二次流喷注口、2—燃烧室、3—二次流气源、4—壳体、5—电机、6—导轮、7—喷管。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
本实施例公开的一种具有推力可控和降温功能的火箭发动机，主要由壳体4、电机5、导轮6、燃烧室2、喉栓1和喷管7等喉栓火箭发动机基本装置组成。将所述的喉栓内部掏空，在掏空部分装有燃气发生器3，并在喉栓1顶部开有二次流喷注口1.1。工作时在二次流喷注口喷注燃气发生器产生的高压低温二次流，所述喷注的高压二次流主要具有三方面作用：第一，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室压强，实现发动机推力可控；第二，喷注的二次流在主流燃气与喉栓1之间形成的二次流剪切层，用于减小主流与喉栓1的直接接触，进而减少主流对喉栓1的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦；第三，喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
此外，采用贫氧推进剂，通过改变二次流工质由燃气到氧化剂溶液也能够调节喉栓火箭发动机推力大小，实现发动机推力可控。
本发明公开的一种具有推力可控和降温功能的火箭发动机的工作方法为：
喉栓1内的燃气发生器产生高压二次流，经由喉栓1顶部的二次流喷口注入喉部，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室2压强，实现发动机推力可控。喷注的二次流减少高温主流与喉栓1的直接接触，进而减少主流对喉栓1的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦。喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，主要由壳体(4)、电机(5)、导轮(6)、燃烧室(2)、喉栓(1)和喷管(7)等喉栓火箭发动机基本装置组成；其特征在于：将所述的喉栓(1)内部掏空，在掏空部分装有二次流气源(3)，并在喉栓顶部开有二次流喷注口(1.1)；工作时在二次流喷注口喷注二次流气源(3)产生的高压二次流，所述喷注的二次流在主流燃气与喉栓(1)表面之间形成的二次流剪切层，用于减小主流与喉栓(1)的直接接触，进而减少主流对喉栓(1)的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高喉栓(1)的工作寿命。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：通过改变二次流工质的组分、状态能够调节主流对喉栓(1)的抗烧蚀和降温作用大小。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：为进一步降低喉栓(1)的温度，提升抗烧蚀能力，喷注的二次流优选低温二次流。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：所述的二次流气源(3)选用高压燃气发生器。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：所述喷注的高压二次流还能够从两方面起到推力控制作用：第一，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部(1)有效面积，进而调节燃烧室(2)压强，实现发动机推力可控；第二，喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：通过改变二次流工质的组分、状态也能够调节喉栓火箭发动机推力大小，实现发动机推力可控。
7.根据权利要求6所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：采用贫氧推进剂，通过改变二次流工质由燃气到氧化剂溶液也能够调节喉栓火箭发动机推力大小，实现发动机推力可控。
8.根据权利要求1或2所述的一种具有抗烧蚀和降温功能的二次流喉栓火箭发动机，其特征在于：工作方法为，
喉栓内的二次流气源(3)产生高压低温二次流，经由喉栓(1)顶部的二次流喷口(1.1)注入喉部，喷注的二次流在主流与喉栓表面之间形成的二次流剪切层内为相对低温燃气，降低喉栓(1)的烧蚀温度，二次流剪切层还减少高温主流与喉栓(1)的直接接触，进而减少主流对喉栓(1)的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦；从而延长了喉栓(1)的工作时间；通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室(2)压强，实现发动机推力可控；喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。
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