CN107701331A - 一种固液混合式火箭发动机及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空航天领域，公开了一种固液混合式火箭发动机及其工作方法。所述发动机由增压系统和火箭发动机主体部分组成，所设计的预燃式燃烧室，预燃室先行点火燃烧，气体进入主燃室后产生的涡旋可加速主燃室内氧化剂和燃料的混合，高温高压燃气时可加速主燃室燃烧，实现装置的快速启动。在氧化剂储备箱与预燃室内增加设计了单向阀，阻止气体逆向流动，防止预燃室气体逆向倒流入氧化剂储备箱，提高了整个结构的安全性。在所设计的主燃烧室和补燃室增设涡流发生器，在其作用下，在燃烧室内部产生漩涡，加速氧化剂与燃料的混合，提高燃烧效果。

Description

一种固液混合式火箭发动机及其工作方法
技术领域
本发明属于航空航天领域，具体指一种增设预燃室与涡流器的固液混合式火箭发动机及其工作方法。
背景技术
作为各类导弹和航天器最主要的推力设备，航天技术要实现重要发展，火箭发动机技术的提升是重中之重。固液混合火箭发动机是火箭发动机内采用的液体氧化剂，固体燃料一类发动机的简称。其工作优点结合了固体火箭发动机的安全性好，机动方便与液体火箭发动机的易关机和重新启动，推进剂能量较高等特点。固液混合火箭发动机应用领域包括运载火箭，先进轨道转移系统，亚轨道飞行器等飞行装置的动力系统，应用前景较好。
虽然目前对固液混合火箭发动机已经进行了大量研究，但还是存在一些瓶颈制约着混合火箭发动机的发展，例如：①混合火箭发动机的燃烧效率相对于固体和液体发动机要低；②发动机工作过程中氧/燃比发生变化，从而导致比冲改变降低；③固液混合火箭发动机中，如果燃烧效率低，燃烧均匀性较差，那么发动机的燃烧室内热量分布就会很不均匀，导致系统热防护的难度增大。
发明内容
本发明的目的是一种提高燃烧完全性的固液混合火箭发动机，通过增设预燃室和在主燃室内安装涡流发生器提高主燃室的燃烧效率，实现装置快速启动，并在补燃室内增设涡流发生器，提高燃烧完全性。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种固液混合式火箭发动机，包括供压系统和发动机主体；发动机主体包括氧化剂储备箱、喷注器、点火器a，燃料通道、固体药柱、主燃烧室，补燃室内、尾喷管；所述氧化剂储备箱与主燃烧室之间通过导管连接，导管上安装有控制阀，所述主燃烧室的入口处装有喷注器，尾部连接有补燃室内，补燃室内的尾部连接有尾喷管；所述主燃烧室上设有点火器a，且内部设有固体药柱，固体药柱中间留有燃料通道；
所述氧化剂储备箱和主燃烧室之间还设有若干预燃室，所述预燃室通过导管a分别与氧化剂储箱、主燃室相连，预燃室装通过导管b与燃料储备箱相连；预燃室上安装了点火器b，导管a上安装有单向阀；
所述主燃烧室的内壁还装有若干涡流发生器a；
所述补燃室内的内壁装有若干涡流发生器b。
所述氧化剂储备箱和主燃烧室之间设置的若干预燃室在发动机主体内均匀分布。
所述主燃烧室的内壁上设置的若干涡流发生器a为沿周向均匀布置。
所述补燃室内的内壁上装有的若干涡流发生器b为沿周向均匀布置。
所述涡流发生器a与涡流发生器b由熔点较高，抗腐蚀性好的铌合金材料制造。
本发明所述的一种固液混合式火箭发动机的工作方法，包括如下过程：
火箭发动机准备点火启动时，供压系统工作，让氧化剂储备箱里的液体氧化剂在压力作用下经导流通道，经过单向阀与控制阀分别进入预燃室和主燃室，点火器b先启动，在预燃室内氧化剂与燃料储备箱中的燃料先进行点火燃烧，随着预燃室内的压力和温度升高，产生的高温高压燃气经导管进入主燃烧室，促进氧化剂与燃料的混合，点火器a工作，主燃烧室点火也更加容易，与此同时涡流发生器a开始工作，涡流发生器a的叶片开始旋转，产生大量涡流促进燃料混合燃烧，固体药柱不断气化在主燃室内与氧化剂进行燃烧，通过燃料通道进入补燃室，与此同时补燃室内的涡流发生器b开始工作，涡流发生器b的叶片开始旋转，产生涡流促进燃烧。随后产生的废气进入尾喷管，排出火箭发动机。
本发明的有益效果为：
(1)将传统的燃烧室改成预燃式燃烧室，预燃室连接氧化剂储备箱和燃料储备箱，可先于主燃室进行点火燃烧，产生的高温燃气较高的来流速度进入主燃烧室，冲击主燃烧室内的氧化剂与固体燃料，在燃烧室壁面的阻挡作用下，在燃烧室内会形成大量的漩涡，加速氧化剂与固体燃料的混合，促进燃料的燃烧，与此同时，主燃烧室点火也更加容易，高温高压的燃气可以加剧固体燃料的气化，使得燃料更加充分的燃烧，燃气本身也会与主燃烧室内的燃料与氧化剂进行二次混合燃烧。
(2)预燃室与氧化剂储备箱连接导管中设计有单向阀，避免燃气逆流，提高了结构的安全性。
(3)主燃室内装有涡流发生器，涡流发生器位于燃烧室内侧，当氧化剂在供压系统的作用下进入燃烧室，涡流发生器的叶片开始旋转，在其作用下，在燃烧室内部产生漩涡，加速氧化剂与燃料的混合，增强燃烧气体的混合度，提高燃烧效果。
(4)补燃室内装有涡流发生器，由于涡流发生器的叶片在燃烧室内部会发生旋转运动，气流在涡流发生器的作用下，会在补燃室内部产生大量漩涡，促进燃料与氧化剂混合，增强燃烧气体的混合程度。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为图1中的A-A截面图；
图3为图1中的B-B截面图；
图4为图1中的C-C截面图；
图中：1-供压系统，2-氧化剂储备箱，3-控制阀，4-喷注器，5-点火器a，6-燃料通道，7-固体药柱，8-补燃室，9-尾喷管，10-单向阀，11-导管a，12-点火器b，13-燃料储备箱，14-预燃室，15-导管b，16-涡流发生器a，17-主燃室，18-涡流发生器b。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种固液混合火箭发动机,包括供压系统和发动机主体。
发动机主体包括氧化剂储备箱2、喷注器4、点火器a5，燃料通道6、固体药柱7、主燃烧室17，补燃室内8、尾喷管9；所述氧化剂储备箱2与主燃烧室17之间通过导管连接，导管上安装有控制阀3，所述主燃烧室17的入口处装有喷注器4，尾部连接有补燃室内8，补燃室内8的尾部连接有尾喷管9；所述主燃烧室17上设有点火器a5，且内部设有固体药柱7，固体药柱7中间留有燃料通道6；
所述氧化剂储备箱2和主燃烧室17之间还设有若干预燃室14，所述预燃室14通过导管a11分别与氧化剂储箱2、主燃室17相连，预燃室装14通过导管b(15)与燃料储备箱13相连；预燃室14上安装了点火器b12，导管a11上安装有单向阀10；
所述主燃烧室17的内壁还装有若干涡流发生器a16；
所述补燃室内8的内壁装有若干涡流发生器b18。
所述氧化剂储备箱2和主燃烧室17之间设置的若干预燃室14在发动机主体内均匀分布。
所述主燃烧室17的内壁上设置的若干涡流发生器a16为沿周向均匀布置。
所述补燃室内8的内壁上装有的若干涡流发生器b18为沿周向均匀布置。
所述涡流发生器a16与涡流发生器b18由熔点较高，抗腐蚀性好的铌合金材料制造。
火箭发动机准备点火启动时，供压系统1工作，让氧化剂储备箱2里的液体氧化剂在压力作用下经导流通道，经过单向阀10与控制阀3分别进入预燃室14和主燃室17，点火器b12先启动，在预燃室14内氧化剂与燃料储备箱13中的燃料先进行点火燃烧，随着预燃室14内的压力和温度升高，产生的高温高压燃气经导管进入主燃烧室17，促进氧化剂与燃料的混合，点火器a5工作，主燃烧室17点火也更加容易，与此同时涡流发生器a16开始工作，涡流发生器a16的叶片开始旋转，产生大量涡流促进燃料混合燃烧，固体药柱7不断气化在主燃室17内与氧化剂进行燃烧，通过燃料通道6进入补燃室8，与此同时补燃室内8的涡流发生器b18开始工作，涡流发生器b18的叶片开始旋转，产生涡流促进燃烧。随后产生的废气进入尾喷管9，排出火箭发动机。
装置的点火时间及控制阀的开关闭合等控制操作由火箭的中心控制器操作，通过位于燃烧室与燃料通道内的检测仪检测其内的状态参数，由此合理的控制阀门闭合，点火时间等，实现最佳燃烧。

Claims (6)

1.一种固液混合式火箭发动机，包括供压系统(1)和发动机主体；发动机主体包括氧化剂储备箱(2)、喷注器(4)、点火器a(5)，燃料通道(6)、固体药柱(7)、主燃烧室(17)，补燃室内(8)、尾喷管(9)；
所述氧化剂储备箱(2)与主燃烧室(17)之间通过导管连接，导管上安装有控制阀(3)，所述主燃烧室(17)的入口处装有喷注器(4)，尾部连接有补燃室内(8)，补燃室内(8)的尾部连接有尾喷管(9)；
所述主燃烧室(17)上设有点火器a(5)，且内部设有固体药柱(7)，固体药柱(7)中间留有燃料通道(6)；
其特征在于，所述氧化剂储备箱(2)和主燃烧室(17)之间还设有若干预燃室(14)，所述预燃室(14)通过导管a(11)分别与氧化剂储箱(2)、主燃室(17)相连，预燃室装(14)通过导管b(15)与燃料储备箱(13)相连；预燃室(14)上安装了点火器b(12)，导管a(11)上安装有单向阀(10)；
所述主燃烧室(17)的内壁还装有若干涡流发生器a(16)；
所述补燃室内(8)的内壁装有若干涡流发生器b(18)。
2.根据权利要求1所述的一种固液混合式火箭发动机，其特征在于，所述氧化剂储备箱(2)和主燃烧室(17)之间设置的若干预燃室(14)在发动机主体内均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种固液混合式火箭发动机，其特征在于，所述主燃烧室(17)的内壁上设置的若干涡流发生器a(16)为沿周向均匀布置。
4.根据权利要求1所述的一种固液混合式火箭发动机，其特征在于，所述补燃室内(8)的内壁上装有的若干涡流发生器b(18)为沿周向均匀布置。
5.根据权利要求1所述的一种固液混合式火箭发动机，其特征在于，所述涡流发生器a(16)与涡流发生器b(18)由铌合金材料制造。
6.根据权利要求1～5所述的一种固液混合式火箭发动机的工作方法，其特征在于，包括如下过程：
火箭发动机准备点火启动时，供压系统(1)工作，让氧化剂储备箱(2)里的液体氧化剂在压力作用下经导流通道，经过单向阀(10)与控制阀(3)分别进入预燃室(14)和主燃室(17)，点火器b(12)先启动，在预燃室(14)内氧化剂与燃料储备箱(13)中的燃料先进行点火燃烧，随着预燃室(14)内的压力和温度升高，产生的高温高压燃气经导管进入主燃烧室(17)，促进氧化剂与燃料的混合，点火器a(5)工作，主燃烧室(17)点火也更加容易，与此同时涡流发生器a(16)开始工作，涡流发生器a(16)的叶片开始旋转，产生大量涡流促进燃料混合燃烧，固体药柱(7)不断气化在主燃室(17)内与氧化剂进行燃烧，通过燃料通道(6)进入补燃室(8)，与此同时补燃室内(8)的涡流发生器b(18)开始工作，涡流发生器b(18)的叶片开始旋转，产生涡流促进燃烧，随后产生的废气进入尾喷管(9)，排出火箭发动机。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108825404A (zh) * 2018-06-12 2018-11-16 中国人民解放军国防科技大学 一种组合发动机燃烧室内多股流动混合燃烧的计算方法
CN108843462A (zh) * 2018-04-28 2018-11-20 西北工业大学 分级增压燃烧固体火箭发动机
CN109606700A (zh) * 2019-01-03 2019-04-12 北京航空航天大学 一种安全高效的弹射座椅
CN111521072A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 西北工业大学 一种基于气固混合火箭发动机的灭火火箭弹
TWI720399B (zh) * 2019-01-04 2021-03-01 台灣晉陞太空股份有限公司 具有改良固體燃料藥柱的火箭發動機

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419120A (en) * 1993-06-07 1995-05-30 Societe Europeenne De Propulsion Device for purging combustion residues
US5722232A (en) * 1994-10-13 1998-03-03 Martin Marietta Corporation Hybrid helium heater pressurization system and electrical ignition system for pressure-fed hybrid rockets
CN103775246A (zh) * 2014-03-03 2014-05-07 葛明龙 过氧化氢/液氢气体发生器和推力室

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419120A (en) * 1993-06-07 1995-05-30 Societe Europeenne De Propulsion Device for purging combustion residues
US5722232A (en) * 1994-10-13 1998-03-03 Martin Marietta Corporation Hybrid helium heater pressurization system and electrical ignition system for pressure-fed hybrid rockets
CN103775246A (zh) * 2014-03-03 2014-05-07 葛明龙 过氧化氢/液氢气体发生器和推力室

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨玉新: "固液混合火箭发动机中的关键技术及其发展", 《宇航学报》 *
边金尧: "国外固液混合火箭发动机关键技术研究进展", 《现代防御技术》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108843462A (zh) * 2018-04-28 2018-11-20 西北工业大学 分级增压燃烧固体火箭发动机
CN108843462B (zh) * 2018-04-28 2019-04-02 西北工业大学 分级增压燃烧固体火箭发动机
CN108825404A (zh) * 2018-06-12 2018-11-16 中国人民解放军国防科技大学 一种组合发动机燃烧室内多股流动混合燃烧的计算方法
CN108825404B (zh) * 2018-06-12 2019-06-25 中国人民解放军国防科技大学 一种组合发动机燃烧室内多股流动混合燃烧的计算方法
CN109606700A (zh) * 2019-01-03 2019-04-12 北京航空航天大学 一种安全高效的弹射座椅
TWI720399B (zh) * 2019-01-04 2021-03-01 台灣晉陞太空股份有限公司 具有改良固體燃料藥柱的火箭發動機
CN111521072A (zh) * 2020-04-29 2020-08-11 西北工业大学 一种基于气固混合火箭发动机的灭火火箭弹
CN111521072B (zh) * 2020-04-29 2022-08-16 西北工业大学 一种基于气固混合火箭发动机的灭火火箭弹

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