CN107270312A - 一种金属基点火动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属基点火动力装置，包括开口朝右的桶状内壳体以及同轴设置于内壳体右端口的喷管，内壳体中设有推进剂药柱，喷管上设有朝向推进剂药柱的电点火器，推进剂药柱为金属基复合固体推进剂药柱；还设有开口朝右的桶状外壳体以及套设在喷管上的喷管座，外壳体同轴套设在内壳体的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使外壳体的右端与喷管座的左端固定连接。其具有结构简单、性能稳定、安全可靠的优点，采用本发明能可靠点燃大范围的可燃气体。

Description

一种金属基点火动力装置
技术领域
本发明涉及一种点火装置，具体涉及一种能产生大量高温高速金属粒子的点火动力装置。
背景技术
在航空领域，目前的大型运载火箭主要采用液体发动机。在发动机启动前，有时会向地面发射平台排放推进剂燃料(可燃气体)，若不进行及时消除，发射平台附近的可燃气体就会不断聚集，当聚集的可燃气体达到一定的浓度时，很容易发生爆炸，这将成为火箭发射时的危险源。另外，在民用领域，特别是在瓦斯以及化工厂挥发份等可燃气体容易聚集的场所，也需要及时消除可燃气体，以防可燃气体聚集达到爆炸浓度。现有技术多采用快速抑燃抑爆装置进行危险消除，虽然能在一定程度上能降低可燃气体爆炸的可能性，但不能从根本上杜绝爆炸现象，实用性和安全性较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属基点火动力装置，其具有结构简单、性能稳定、安全可靠的优点，采用本发明能可靠点燃大范围的可燃气体，以避免可燃气体聚集引发爆炸。
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种金属基点火动力装置，包括开口朝右的桶状内壳体以及同轴设置于内壳体右端口的喷管，所述内壳体中设有推进剂药柱，所述喷管上设有朝向推进剂药柱的电点火器，所述推进剂药柱为金属基复合固体推进剂药柱；还包括开口朝右的桶状外壳体，以及套设在喷管上的喷管座，所述外壳体同轴套设在内壳体的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使外壳体的右端与喷管座的左端固定连接。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述内壳体和外壳体的内腔壁上均设有三元乙丙橡胶层。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，还设有开口朝右的桶状防爆壳体，所述防爆壳体同轴套设在外壳体的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使防爆壳体的右端与喷管座的左端固定连接。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述内壳体的右端设有第一法兰，外壳体的右端设有第二法兰，喷管座的左端设有第三法兰，防爆壳体的右端设有第四法兰；内壳体的第一法兰卡装在外壳体在右端开设的限位环台上，第一法兰上设有多个连通内壳体内腔和外壳体内腔的通气孔，外壳体和喷管座通过多个防爆螺钉旋装在第二法兰和第三法兰上进行固定，防爆壳体和喷管座通过多个连接螺钉或螺栓旋装在第四法兰和第三法兰上进行固定。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述防爆壳体的周壁上设有多个泄压孔。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述外壳体与喷管座之间设有密封圈，所述喷管的右端设有凸台状堵盖。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述喷管的内腔设有收敛段和直线段，收敛段的大口端与推进剂药柱相对，收敛段的小口端与直线段连接。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述喷管的外周壁上和喷管座的内周壁上设有相互配合的限位凸台和限位凹台。
进一步的，本发明一种金属基点火动力装置，其中，所述金属基复合固体推进剂由聚丁二烯类推进剂组成，其中的金属粒子为铝粉颗粒，铝粉颗粒的占比为30％～50％，铝粉颗粒的粒径为50～100微米。
本发明一种金属基点火动力装置与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明通过设置开口朝右的桶状内壳体以及同轴设置于内壳体右端口的喷管，在内壳体中设置推进剂药柱，在喷管上设置朝向推进剂药柱的电点火器，让推进剂药柱采用金属基复合固体推进剂药柱；并设置开口朝右的桶状外壳体以及套设在喷管上的喷管座，让外壳体同轴套设在内壳体的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并让外壳体的右端与喷管座的左端固定连接。由此就构成了一种结构简单、性能稳定、安全可靠的金属基点火动力装置。在实际应用中，当需点燃可燃气体以消除安全隐患时，让电点火器外接电源并触发电点火器，电点火器引燃推进剂药柱，推进剂药柱开始在内壳体中(燃烧室)不完全燃烧，并产生大量高温高压燃气和金属粒子，高温高压燃气加热金属粒子使其从喷管高速喷出并形成一定的包络范围，喷出的金属粒子进一步与空气中的氧气发生二次化学反应、燃烧，并引燃其喷射范围内的可燃气体。本发明通过内壳体和喷管的结构优化设计，能产生喷射距离达5～6米，温度达900～1200K的金属粒子，具有喷射距离远、覆盖范围、点火可靠性高的优点。对于火箭发射平台等面临高温燃气流冲刷的工况，为避免高温冲刷的燃气流造成推进剂药柱温度升高，影响其工作稳定性，本发明通过采用内壳体和外壳体的双层腔体隔热方法能大幅提高隔热效果，有效避免了外界热流环境影响推进剂药柱的燃烧性能。而通过设置喷管座可保护喷管，提高点火可靠性。(2)作为优化方案，为进一步增强隔热效果，本发明在内壳体1和外壳体5的内腔壁上均设置了三元乙丙橡胶层。并设置了开口朝右的桶状防爆壳体，让防爆壳体同轴套设在外壳体的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，且使防爆壳体的右端与喷管座的左端固定连接。通过设置防爆壳体，一方面可进一步提高隔热效果，另一方面可有效避免内壳体和外壳体因爆炸散射损坏设备或造成人身伤害。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种金属基点火动力装置作进一步详细说明：
附图说明
图1为本发明一种金属基点火动力装置的结构示意图；
图2为图1中的A-A向视图。
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的左、右等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案进行的限制。
如图1和图2所示本发明一种金属基点火动力装置的具体实施方式，包括开口朝右的桶状内壳体1以及同轴设置于内壳体1右端口的喷管2。在内壳体1中设置推进剂药柱3，在喷管2上设置朝向推进剂药柱3的电点火器4，让推进剂药柱3采用金属基复合固体推进剂药柱。还设置了开口朝右的桶状外壳体5以及套设在喷管2上的喷管座6，让外壳体5同轴套设在内壳体1的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使外壳体5的右端与喷管座6的左端固定连接。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、性能稳定、安全可靠的金属基点火动力装置。在实际应用中，当需点燃可燃气体以消除其因聚集带来的安全隐患时，让电点火器4外接电源并触发电点火器4，电点火器4就会引燃推进剂药柱3，推进剂药柱3开始在内壳体中(燃烧室)不完全燃烧，并产生大量高温高压燃气和金属粒子，高温高压燃气加热金属粒子使其从喷管2高速喷出并形成一定的包络范围，喷出的金属粒子会进一步与空气中的氧气发生二次化学反应、燃烧，并引燃消除其喷射范围内的可燃气体。本发明通过内壳体和喷管的结构优化设计，能产生喷射距离达5～6米，温度达900～1200K的金属粒子，具有喷射距离远、覆盖范围、点火可靠性高的优点。对于火箭发射平台等面临高温燃气流冲刷的工况，为避免高温冲刷的燃气流造成推进剂药柱3的温度升高，影响其工作稳定性，本发明通过采用内壳体1和外壳体5的双层腔体隔热方法能大幅提高隔热效果，有效避免了外界热流环境影响推进剂药柱3的燃烧性能。而通过设置喷管座6可对喷管2进行保护，提高了点火的可靠性。
作为优化方案，为进一步增强隔热效果，本具体实施方式在内壳体1和外壳体5的内腔壁上均设置了三元乙丙橡胶层。同时，本具体实施方式还设置了开口朝右的桶状防爆壳体7，让防爆壳体7同轴套设在外壳体5的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使防爆壳体7的右端与喷管座6的左端固定连接。通过设置防爆壳体7，一方面可进一步增强隔热效果，另一方面可防止内壳体1和外壳体5因爆炸散射损坏设备或造成人身伤害。
作为具体实施方式，本发明在内壳体1的右端设置了第一法兰11，在外壳体5的右端设置了第二法兰51，在喷管座6的左端设置了第三法兰61，在防爆壳体7的右端设置了第四法兰71。让内壳体1的第一法兰11卡装在外壳体5在右端开设的限位环台上，并在第一法兰11上设置多个连通内壳体1内腔和外壳体5内腔的通气孔12。让外壳体5和喷管座6通过多个防爆螺钉8旋装在第二法兰51和第三法兰61上进行固定。让防爆壳体7和喷管座6通过多个连接螺钉或螺栓9旋装在第四法兰71和第三法兰61上进行固定。这一设置不但结构简单，有利于拆装，而且通过在第一法兰11上设置连通内壳体1内腔和外壳体5内腔的通气孔12，可使推进剂药柱3燃烧时产生的高温燃气进入外壳体5的内腔，相当于加大了燃烧室的空间，实现了降低燃烧室工作压强的目的。另外，在实际应用中，通过让防爆螺钉8选用特定屈服强度的螺钉，在内壳体1内腔和外壳体5内腔构成的燃烧室因异常(喷管2被堵等情况)致使压力剧增的情况下，当压力达到防爆螺钉8的屈服强度时，防爆螺钉8就会被拉脱，使高温高压燃气进入防爆壳体7的内腔，实现了一定的泄压目的，提高了安全性。为达到彻底泄压目的，本具体实施方式在防爆壳体7的周壁上设置了多个泄压孔72，通过泄压孔72可将进入防爆壳体7内腔中的高温高压燃气进一步释放到外部，增强了泄压防爆性能。即使内壳体1和外壳体5构成的燃烧室发生爆炸，爆炸产生的异物也会因压力较小被防爆壳体7阻挡在其内部，而不会因散射乱飞损坏设备或造成人身伤害。
作为具体实施方式，为保证金属基点火动力装置的密封性能，本发明在实际应用中通常在外壳体5与喷管座6之间设置密封圈52，密封槽可以开设在外壳体5或喷管座6。并在喷管2的右端设置了凸台状堵盖21，让堵盖21采用赛璐珞材料制作，且通过胶粘剂粘接在喷管2的喷口端面和喷管内壁上。这一结构的堵盖21一方面可有效保证点火前推进剂药柱3处于闭封的空间中；另一方面在点火时可使堵盖21很容易被高温高压燃气燃蚀掉，保证了点火的可靠性。同时，本发明通过让喷管2的内腔设置收敛段和直线段，并让收敛段的大口端与推进剂药柱3相对，让收敛段的小口端与直线段连接，可使点火时金属粒子的喷射更为集中，点燃可燃气体的可靠性更高。
需要说明的是，在实际应用中，本发明通常让内壳体1、外壳体5和喷管座6采用不锈钢制作，而让喷管2采用高强石墨制作。为保证喷管2和喷管座6的连接稳固性，通过在喷管2的外周壁上和喷管座6的内周壁上设置相互配合的限位凸台和限位凹台，并通过胶粘剂使两者粘接在一起，可避免喷管2因松动出现转动影响点火成功率。为保证点火的可靠性，本发明通常让电点火器4采用钝感电点火器。作为具体实施方式，本发明中的金属基复合固体推进剂主要由聚丁二烯类推进剂组成，其中的金属粒子为铝粉颗粒，并让铝粉颗粒的粒径在50～100微米之间，让铝粉颗粒的占比达到30％～50％，以便形成高金属基的复合固体推进剂。通过推进剂药柱3在燃烧室内部燃烧时产生2000K以上的燃温，来加热金属粒子，以保证喷射的金属粒子满足点火要求。需要特别指出的是，金属基复合固体推进剂不限于采用聚丁二烯类推进剂，还可以采用其他类型的推进剂，而金属粒子也不限于采用铝粉颗粒。只要能产生高温喷射的金属粒子，即可实现本发明的技术目的。
经实际应用表明，本发明可产生以下有益效果：1)能产生大量高温(900K～1200K)的金属粒子，且喷射距离远，覆盖范围大，点燃可燃气体的可靠性高；2)安全系数高，通过泄压结构设置可有效防止爆炸损坏设备和伤人；3)隔热效果好，采用内壳体和外壳体的双层腔体隔热结构以及三元乙丙橡胶层的绝热层隔热设计，可有效降低外界热流环境对推进剂药柱燃烧性能的影响，以确保推进剂药柱按预定性能可靠工作；4)结构稳定可靠，通过喷管和喷管座之间限位凸台和限位凹台的结构设计，可有效避免喷管因出现转动造成点火失败；5)密封结构简单，密封效果好，能适应恶劣的环境。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种金属基点火动力装置，其特征在于，包括开口朝右的桶状内壳体(1)以及同轴设置于内壳体(1)右端口的喷管(2)，所述内壳体(1)中设有推进剂药柱(3)，所述喷管(2)上设有朝向推进剂药柱(3)的电点火器(4)，所述推进剂药柱(3)为金属基复合固体推进剂药柱；还包括开口朝右的桶状外壳体(5)，以及套设在喷管(2)上的喷管座(6)，所述外壳体(5)同轴套设在内壳体(1)的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使外壳体(5)的右端与喷管座(6)的左端固定连接。
2.按照权利要求1所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述内壳体(1)和外壳体(5)的内腔壁上均设有三元乙丙橡胶层。
3.按照权利要求2所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，还设有开口朝右的桶状防爆壳体(7)，所述防爆壳体(7)同轴套设在外壳体(5)的外侧且使两者的周壁和底壁间隙配合，并使防爆壳体(7)的右端与喷管座(6)的左端固定连接。
4.按照权利要求3所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述内壳体(1)的右端设有第一法兰(11)，外壳体(5)的右端设有第二法兰(51)，喷管座(6)的左端设有第三法兰(61)，防爆壳体(7)的右端设有第四法兰(71)；内壳体(1)的第一法兰(11)卡装在外壳体(5)在右端开设的限位环台上，第一法兰(11)上设有多个连通内壳体(1)内腔和外壳体(5)内腔的通气孔(12)，外壳体(5)和喷管座(6)通过多个防爆螺钉(8)旋装在第二法兰(51)和第三法兰(61)上进行固定，防爆壳体(7)和喷管座(6)通过多个连接螺钉或螺栓(9)旋装在第四法兰(71)和第三法兰(61)上进行固定。
5.按照权利要求4所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述防爆壳体(7)的周壁上设有多个泄压孔(72)。
6.按照权利要求5所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述外壳体(5)与喷管座(6)之间设有密封圈(52)，所述喷管(2)的右端设有凸台状堵盖(21)。
7.按照权利要求5所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述喷管(2)的内腔设有收敛段和直线段，收敛段的大口端与推进剂药柱(3)相对，收敛段的小口端与直线段连接。
8.按照权利要求5所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述喷管(2)的外周壁上和喷管座(6)的内周壁上设有相互配合的限位凸台和限位凹台。
9.按照权利要求1-8任一顶所述的一种金属基点火动力装置，其特征在于，所述金属基复合固体推进剂由聚丁二烯类推进剂组成，其中的金属粒子为铝粉颗粒，铝粉颗粒的占比为30％～50％，铝粉颗粒的粒径为50～100微米。
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