CN107035568B - 过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床 - Google Patents

过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床 Download PDF

Info

Publication number
CN107035568B
CN107035568B CN201710197270.XA CN201710197270A CN107035568B CN 107035568 B CN107035568 B CN 107035568B CN 201710197270 A CN201710197270 A CN 201710197270A CN 107035568 B CN107035568 B CN 107035568B
Authority
CN
China
Prior art keywords
road
hydrogen peroxide
catalytic bed
spray
subregion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710197270.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107035568A (zh
Inventor
田辉
俞南嘉
张源俊
李承恩
于瑞鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201710197270.XA priority Critical patent/CN107035568B/zh
Publication of CN107035568A publication Critical patent/CN107035568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107035568B publication Critical patent/CN107035568B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/72—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid and solid propellants, i.e. hybrid rocket-engine plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，将过氧化氢分为启动路和工作路供给。启动路喷注压降大，充分雾化后与催化床接触，快速分解，放出大量热量；工作路滞后喷入催化床，在高温催化床的作用下快速分解，产生高温气体进入燃烧室与药柱发生燃烧反应。燃烧室建压完成后，启动路关闭，并迅速进行短时间吹除。分两路极大的加快过氧化氢的催化分解速度，降低过氧化氢催化分解延迟时间，加快固液火箭发动机的点火启动过程，有利于固液火箭发动机在上面级、临近空间飞行器等领域的应用。

Description

过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床
技术领域
本发明涉及一种快速催化固液火箭发动机催化床，主要用于多次启动固液火箭发动机的氧化剂催化分解，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。
对于已有催化床，过氧化氢催化延迟时间在秒量级，是过氧化氢固液火箭发动机启动延迟的关键时间，多次点火延迟时间长，不利于过氧化氢固液火箭发动机在上面级、临近空间飞行器等领域的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，将过氧化氢分为启动路和工作路供给。启动路喷注压降大，充分雾化后与催化床接触，快速分解，放出大量热量；工作路滞后喷入催化床，在高温催化床的作用下快速分解，产生高温气体进入燃烧室与药柱发生燃烧反应。燃烧室建压完成后，启动路关闭，并迅速进行短时间吹除。分两路极大的加快过氧化氢的催化分解速度，降低过氧化氢催化分解延迟时间，加快固液火箭发动机的点火启动过程，有利于固液火箭发动机在上面级、临近空间飞行器等领域的应用。
启动路过氧化氢从头腔进入喷注面板边区的启动路积液腔，经启动路喷注孔后在启动路雾化区雾化，与催化床接触，快速分解产生大量热量，加热催化床，最后气体进入燃烧室；在燃烧室建压完成后，停止启动路过氧化氢供应，并迅速开启启动路氮气吹除进行短时间吹除，避免启动路积液腔内过氧化氢受热后急剧分解产生爆炸。
工作路过氧化氢滞后从头腔进入喷注面板中心区域，经工作路喷注孔均匀进入催化床，在高温催化床的作用下快速分解，由气体喷注面板喷出，在燃烧室内与固体燃烧发生燃烧反应。
所述头腔，用于启动路和工作路过氧化氢的流入。过氧化氢经由头腔进入积液腔。头腔与壳体之间通过螺栓连接紧固。
所述密封垫，用于启动路与工作路、壳体之间的密封。密封垫选用与过氧化氢相容的聚四氟乙烯材料。由头腔与壳体连接的螺栓压紧实现密封。
所述喷注面板，指分区域液体喷注面板，对启动路过氧化氢起喷注雾化作用，对工作路过氧化氢起均流作用。分区域液体喷注面板，中心区为工作路积液腔和工作路喷注小孔，过氧化氢由积液腔经喷注小孔均匀流入催化床；边区为启动路积液腔、喷注小孔和雾化区，过氧化氢经积液腔后，在喷注小孔喷注，在雾化区雾化后在进入催化床。
所述催化床，用于过氧化氢的催化分解。催化床首先与边区启动路充分雾化的过氧化氢接触，过氧化氢快速分解，产生热量加热催化床，催化床升温后，对流入的工作路过氧化氢进行催化分解，能够显著提高过氧化氢分解速度。
所述壳体，用于安装气体喷注面板、催化床、分区域液体喷注面板等，且与头盖通过螺栓紧固连接。壳体与气体喷注面板直接通过螺纹连接。壳体与燃烧室的壳体通过法兰上一圈周向孔使用螺栓连接。
所述气体喷注面板，用于过氧化氢催化分解产物高温气体的喷注。高温分解气体经喷注加速后与燃烧室内固体燃料发生燃烧反应。
本发明的优点在于：
(1)本发明过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，过氧化氢启动路高压降喷注、工作路小压降滞后喷注，极大的减少了过氧化氢催化分解延迟，加快了过氧化氢固液火箭发动机的启动速度，有利于固液火箭发动机在上面级、临近空间飞行器等领域的应用；
(2)本发明过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，启动路高压降喷注，燃烧室减压后停止工作，减小了过氧化氢输送系统的工作压力，从而减轻了固液火箭发动机的总质量；
(3)本发明过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，启动路、工作路共用头腔、喷注面板、催化床，结构紧凑，有利于在火箭上的应用；
(4)本发明过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，与原有催化床连接结构一致，可直接用于已有的固液火箭发动机热试车。
附图说明
图1为本发明催化床结构示意图；
图2为分区域液体喷注面板示意图。
图中：
1-头腔 2-密封垫 3-分区域液体喷注面板
4-催化床 5-壳体 6-气体喷注面板
101-工作路进液路 102-启动路进液路
301-工作路积液腔 302-工作路喷注孔 303-启动路积液腔
304-启动路喷注孔 305-启动路雾化腔
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。
本发明提出一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，包括头腔1，密封垫2，分区域液体喷注面板3，催化床4，壳体5，气体喷注面板6。
所述头腔1，用于启动路和工作路过氧化氢的流入。头腔1上设置有工作路进液路101和启动路进液路102。工作路过氧化氢由工作路进液路101进入积液腔，启动路过氧化氢由启动路进液路102进入积液腔。头腔与壳体之间通过螺栓连接紧固。
所述密封垫2，用于启动路与工作路、壳体之间的密封。密封垫选用与过氧化氢相容的聚四氟乙烯材料。由头腔与壳体连接的螺栓压紧实现密封。
所述喷注面板3，指分区域液体喷注面板，对启动路过氧化氢起喷注雾化作用，对工作路过氧化氢起均流作用。喷注面板3设置有工作路积液腔301，工作路喷注孔302，启动路积液腔303，启动路喷注孔304，启动路雾化腔305。工作路过氧化氢由工作路积液腔301均流后，由工作路喷注孔302流入催化床；启动路过氧化氢由启动路积液腔303均流后，由启动路喷注孔304喷注进入启动路雾化腔305，在其中雾化，然后再与催化床接触分解。
所述催化床4，用于过氧化氢的催化分解。催化床首先与边区启动路充分雾化的过氧化氢接触，过氧化氢快速分解，产生热量加热催化床，催化床升温后，对流入的工作路过氧化氢进行催化分解，能够显著提高过氧化氢分解速度。
所述壳体5，用于安装气体喷注面板6、催化床4、分区域液体喷注面板3等，且与头盖通过螺栓紧固连接。壳体与气体喷注面板直接通过螺纹连接。壳体与燃烧室的壳体通过法兰上一圈周向孔使用螺栓连接。
所述气体喷注面板6，用于过氧化氢催化分解产物高温气体的喷注雾化。气体喷注面板与壳体通过螺纹连接，高温分解气体经喷注加速后与燃烧室内固体燃料发生燃烧反应。
本发明过氧化旗固液火箭发动机分区域快速响应催化床，将过氧化氢分为启动路和工作路供给。启动路喷注压降大，充分雾化后与催化床接触，快速分解，放出大量热量；工作路滞后喷入催化床，在高温催化床的作用下快速分解，产生高温气体进入燃烧室与药柱发生燃烧反应。燃烧室建压完成后，启动路关闭，并迅速进行短时间吹除。分两路极大的加快过氧化氢的催化分解速度，降低过氧化氢催化分解延迟时间，加快固液火箭发动机的点火启动过程，有利于固液火箭发动机在上面级、临近空间飞行器等领域的应用。
启动路过氧化氢从头腔启动路进液路101进入喷注面板边区的启动路积液腔303，经启动路喷注孔304后在启动路雾化区305雾化，与催化床接触，快速分解产生大量热量，加热催化床，最后气体进入燃烧室；在燃烧室建压完成后，停止启动路过氧化氢供应，并迅速开启启动路氮气吹除进行短时间吹除，避免启动路积液腔内过氧化氢受热后急剧分解产生爆炸。
工作路过氧化氢滞后从头腔工作路进液路102进入喷注面板工作路积液腔301均流，经工作路喷注孔302进入催化床，在高温催化床的作用下快速分解，由气体喷注面板喷出，在燃烧室内与固体燃烧发生燃烧反应。
本发明过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，用于固液火箭发动机过氧化氢的催化分解。过氧化氢从头腔分启动路和工作路进液，启动路高压降喷注雾化后与催化床接触快速分解，产生热量、燃烧室建压完成后关闭并迅速进行吹除；工作路延后喷入催化床，与高温催化床接触分解，产生高温富氧气体进入燃烧室。
本发明启动路与工作路共用头腔、喷注面板和催化床。喷注面板分区域喷注，启动路喷注面积较小，压降高；本发明工作路喷注面积大，压降小。本发明分区域面板，边区启动路设置有积液腔、高压降直流喷注孔和雾化腔。启动路流量小，常取工作路流量的10％-20％。本发明启动路工作结束后快速进行短时间吹除。

Claims (4)

1.一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，包括头腔(1)、分区域液体喷注面板(3)、催化床(4)、壳体(5)、气体喷注面板(6)；
壳体(5)的两端分别连接分区域液体喷注面板(3)、气体喷注面板(6)，催化床(4)位于壳体(5)、分区域液体喷注面板(3)、气体喷注面板(6)之间，头腔(1)与壳体(5)固定连接，位于分区域液体喷注面板(3)的另一侧；
头腔(1)上设置有工作路进液路(101)和启动路进液路(102)，工作路过氧化氢由工作路进液路(101)进入工作路积液腔(301)，启动路过氧化氢由启动路进液路(102)进入启动路积液腔(303)；
喷注面板(3)设置有工作路积液腔(301)、工作路喷注孔(302)、启动路积液腔(303)、启动路喷注孔(304)、启动路雾化腔(305)，工作路过氧化氢由工作路积液腔(301)均流后，由工作路喷注孔(302)流入催化床(4)，启动路过氧化氢由启动路积液腔(303)均流后，由启动路喷注孔(304)喷注进入启动路雾化腔(305)，在其中雾化，然后再与催化床接触分解；
催化床(4)用于过氧化氢的催化分解，催化床(4)先与启动路雾化腔(305)充分雾化的过氧化氢接触，过氧化氢快速分解，产生热量加热催化床(4)，催化床(4)升温后，对工作路喷注孔(302)流入的工作路过氧化氢进行催化分解，气体喷注面板(6)对过氧化氢催化分解产物高温气体的喷注，高温分解气体经喷注加速后与燃烧室内固体燃料发生燃烧反应。
2.根据权利要求1所述的一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，所述的启动路进液路在燃烧室建压完成后停止过氧化氢供应，并迅速开启启动路氮气吹除，进行短时间吹除，避免启动路积液腔内过氧化氢受热后急剧分解产生爆炸。
3.根据权利要求1所述的一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，所述的启动路过氧化氢从头腔进入喷注面板边区的启动路积液腔，经启动路喷注孔后在启动路雾化区雾化，与催化床接触，快速分解产生大量热量，加热催化床，最后气体进入燃烧室。
4.根据权利要求1所述的一种过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床，所述的启动路流量为工作路流量的10％-20％。
CN201710197270.XA 2017-03-29 2017-03-29 过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床 Active CN107035568B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710197270.XA CN107035568B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710197270.XA CN107035568B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107035568A CN107035568A (zh) 2017-08-11
CN107035568B true CN107035568B (zh) 2018-08-10

Family

ID=59533918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710197270.XA Active CN107035568B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107035568B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110043391A (zh) * 2019-04-17 2019-07-23 上海空间推进研究所 分隔式催化床及发动机推进方法
CN113389658B (zh) * 2021-07-21 2022-08-26 北京航空航天大学 针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构
CN114876668B (zh) * 2022-03-21 2024-06-21 西安航天动力研究所 一种过氧化氢发动机及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6834494B2 (en) * 2003-04-01 2004-12-28 The Boeing Company Design and assembly of a catalyst bed gas generator for the catalytic decomposition of high concentration hydrogen peroxide propellants and the catalytic combustion of hydrocarbon/air mixtures
CN102080608A (zh) * 2011-01-05 2011-06-01 北京航空航天大学 一种多功能固液混合火箭发动机的头部试验装置
CN102996284A (zh) * 2012-11-27 2013-03-27 北京航空航天大学 适用于头部喷注过氧化氢的固液火箭发动机环形点火器
CN106134393B (zh) * 2010-12-15 2014-03-19 上海空间推进研究所 小推力单组元过氧化氢火箭发动机
CN103982332A (zh) * 2014-06-06 2014-08-13 葛明龙 一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110082309A (ko) * 2010-01-11 2011-07-19 한국과학기술원 산화제 촉매 분해를 이용한 하이브리드 로켓

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6834494B2 (en) * 2003-04-01 2004-12-28 The Boeing Company Design and assembly of a catalyst bed gas generator for the catalytic decomposition of high concentration hydrogen peroxide propellants and the catalytic combustion of hydrocarbon/air mixtures
CN106134393B (zh) * 2010-12-15 2014-03-19 上海空间推进研究所 小推力单组元过氧化氢火箭发动机
CN102080608A (zh) * 2011-01-05 2011-06-01 北京航空航天大学 一种多功能固液混合火箭发动机的头部试验装置
CN102996284A (zh) * 2012-11-27 2013-03-27 北京航空航天大学 适用于头部喷注过氧化氢的固液火箭发动机环形点火器
CN103982332A (zh) * 2014-06-06 2014-08-13 葛明龙 一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN107035568A (zh) 2017-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107035568B (zh) 过氧化氢固液火箭发动机分区域快速响应催化床
JP2006503780A5 (zh)
US8061120B2 (en) Catalytic EGR oxidizer for IC engines and gas turbines
GB1485835A (en) Hydrogen-rich gas generator
JP4695952B2 (ja) ターボ機械燃焼室に空気／燃料混合物を噴射する発泡性空気力式システム
CA2786642C (en) Process and burner for producing synthesis gas
CN104919167A (zh) 火箭发动机、火箭及火箭发动机的启动方法
CN103982332A (zh) 一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统
CN103775246A (zh) 过氧化氢/液氢气体发生器和推力室
US4376107A (en) Process for the regeneration of spent sulfuric acid
JP2003137506A (ja) 燃料、特に加熱油の改質方法
US5003768A (en) Gas turbine installation
CN101831205A (zh) 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法
CN102175041A (zh) 间壁式再生冷却气氧酒精火炬式点火器
CN113944568B (zh) 一种基于han单元推进剂的粉末燃料支板引射火箭基组合循环发动机
CN106365118A (zh) 带有co净化及温度监控功能的甲醇重整反应器
EP3434979A1 (en) Injector of an over-enriched fuel-and-air mixture to the combustion chamber of inernal combustion engines
CN103196139A (zh) 烟气回流汽化醇基燃料燃烧器
CN105715409A (zh) 一种环形固液催化点火发动机
JP4719704B2 (ja) ガスタービン燃焼器
KR101522213B1 (ko) 가스화 장치 및 가스화 방법
CN102182587B (zh) 一种可实现燃油、水、空气三项混合雾化的节油装置
GB2359547A (en) Preparation of a reaction mixture for a re-forming catalyser
CN203203030U (zh) 醇基燃料燃烧器
CN206188381U (zh) 甲醇重整反应器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant