CN108843462B - 分级增压燃烧固体火箭发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了分级增压燃烧固体火箭发动机，包括沿轴向依次相连接的前一次燃烧室、后一次燃烧室、增压室和主燃烧室，主燃烧室后端用于与喷管连接，增压室内设置有外增压通道和内增压通道，内增压通道与前一次燃烧室和主燃烧室轴向连通，将通过其内的气流增压；内增压通道与前一次燃烧室通过后一次燃烧室轴向连通；外增压通道与后一次燃烧室和主燃烧室轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室，增压后的两种气流混合燃烧。分级增压燃烧固体火箭发动机使富燃推进剂和富氧推进剂分别独立进行一次燃烧，燃烧温度和压强都保持在较低的可控范围内，使一次燃烧室的壳体和绝热层质量都会有很大程度的减小；增压二次燃烧后，得到更大的推力。

Description

分级增压燃烧固体火箭发动机
技术领域
本发明属于航天科学技术领域，具体涉及分级增压燃烧固体火箭发动机。
背景技术
目前，固体火箭发动机采用的工作方式为提前将氧化剂和推进剂按一定的比例固化为一个整体推进剂药柱。推进剂点燃后，产生高温高压的燃气，在燃烧室中充分燃烧。然后，经过喷管排出，产生飞行器飞行或姿态调整所需动力。
随着航天技术的发展，固体火箭发动机也不断的在进步。目前固体火箭发动机研发趋势为追求高能量密度，高能量发挥以及更高的质量比，该质量比指推进剂质量与发动机质量之比。然而，由于氧化剂和推进剂是固化在一起的，这就导致推进剂燃烧生成的燃气会产生很高的温度，对发动机的绝热结构、消极质量以及燃烧不稳定都会有很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种分级增压燃烧固体火箭发动机。使富燃推进剂和富氧推进剂分别独立进行一次燃烧，燃烧温度和压强都保持在较低的可控范围内，使一次燃烧室的壳体的质量和绝热层质量都会有很大程度的减小；增压二次燃烧后，得到更大的推力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，包括沿轴向依次相连接的前一次燃烧室、后一次燃烧室、增压室和主燃烧室，主燃烧室后端用于与喷管连接，其中一个一次燃烧室内用于装填富氧推进剂，另一个用于装填富燃推进剂，其内用于对应推进剂的第一次燃烧；增压室内设置有外增压通道和内增压通道，它们均沿轴向设置，且同轴套设在一起；内增压通道与前一次燃烧室和主燃烧室轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室；其中，内增压通道与前一次燃烧室通过后一次燃烧室轴向连通；外增压通道与后一次燃烧室和主燃烧室轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室，增压后的两种气流混合燃烧。
进一步地，该外增压通道和内增压通道内设置有一增压件，增压件包括用于套设于转子体上的离心式叶轮，离心式叶轮位于内增压通道内，垂直于来流向方向；
该离心式叶轮的外端，且绕其一周设置有连接隔板，连接隔板内形成了内增压通道的增压段；连接隔板的外壁上、且绕其一周连接有轴流式叶片，轴流式叶片设置于外增压通道内，垂直于来流向方向；连接隔板还用于将通过离心式叶轮和轴流式叶片的流体隔离开，其前端和后端与用于分割形成内外两个增压通道的壳体动密封连接；离心式叶轮和轴流式叶片在转子体的带动下同时动作，将通过各自的对应的流体增压。
进一步地，该前一次燃烧室内装填推进剂后，沿其中轴线轴向形成一燃气流道；后一次燃烧室包括中空的外壳体，外壳体内同轴套设有一中空的内壳体，两壳体间形成环形的推进剂装填腔体，内部还用于推进剂的燃烧，其一端封闭，另一端与外增压通道相连通；内壳体的中空腔体与燃气流道的位置相对应，与燃气流道和内增压通道轴相连通。
进一步地，该连接隔板的纵剖面为L形板和倾斜板，其底端伸向轴流式叶片侧。
进一步地，该连接隔板的底端位于离心式叶轮的底板的前端，两者之间形成流体出口。
进一步地，该轴流式叶片由前到后设置为多组，其所在的位置为外增压段，外增压段由前到后容积逐渐减小。
本发明分级增压燃烧固体火箭发动机具有如下优点：1.通过两次燃烧，使能量得以更加完全的释放，得到更大的推力。2.过程中只有主燃烧室和喷管部分处在高温高压的状态，大大降低了绝热层设计质量以及发动机壳体结构质量，使得火箭发动机可以有更好的设计性能。3.实现了温度隔离，可大幅度提高工作时间。
附图说明
图1是本发明分级增压燃烧固体火箭发动机的结构示意图；
图2为本发明中增压件的结构示意图；
其中：A.前一次燃烧室；B.后一次燃烧室；C.增压室；D.主燃烧室；1.外壳体；2.内壳体；3.增压件；3-1.转子体；3-2.离心式叶轮；3-3.连接隔板；3-4.轴流式叶片；3-5.底板；3-6.倾斜板；a.外增压通道；b.内增压通道；c.推进剂装填腔体；d.燃气流道。
具体实施方式
本发明分级增压燃烧固体火箭发动机，如图1所示，包括沿轴向依次相连接的前一次燃烧室A、后一次燃烧室B、增压室C和主燃烧室D，所述主燃烧室D后端用于与喷管4连接，其中一个一次燃烧室内用于装填富氧推进剂，另一个用于装填富燃推进剂，其内用于对应推进剂的第一次燃烧；增压室C内设置有外增压通道a和内增压通道b，它们均沿轴向设置，且同轴套设在一起；内增压通道b与前一次燃烧室A和主燃烧室d轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室D；其中，内增压通道b与前一次燃烧室A通过后一次燃烧室B轴向连通；外增压通道a与后一次燃烧室B和主燃烧室D轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室D，增压后的两种气流混合燃烧。
该前一次燃烧室A内装填推进剂后，沿其中轴线轴向形成一燃气流道d；后一次燃烧室B包括中空的外壳体1，所述外壳体1内同轴套设有一中空的内壳体2，两壳体间形成环形的推进剂装填腔体c，内部还用于推进剂的燃烧，其一端封闭，另一端与外增压通道a相连通；内壳体2的中空腔体与燃气流道d的位置相对应，与燃气流道d和内增压通道b轴相连通。
为了实现气流的增压，在外增压通道a和内增压通道b内设置有一增压件3，如图2所示，增压件3包括用于套设于转子体3-1上的离心式叶轮3-2，离心式叶轮3-2位于内增压通道b内，垂直于来流向方向；该离心式叶轮3-2的外端，且绕其一周设置有连接隔板3-3，连接隔板3-3内形成了内增压通道b的增压段；连接隔板3-3的外壁上、且绕其一周连接有轴流式叶片3-4，轴流式叶片3-4设置于外增压通道a内，垂直于来流向方向；所述连接隔板3-3还用于将通过离心式叶轮3-2和轴流式叶片3-4的流体隔离开，其前端和后端与用于分割形成内外两个增压通道的壳体动密封连接；所述离心式叶轮3-2和轴流式叶片3-4在转子体3-1的带动下同时动作，将通过各自的对应的流体增压。连接隔板3-3的纵剖面为L形板和倾斜板3-6，其底端伸向轴流式叶片3-4侧。连接隔板3-3设置为该形状，在满足需求的情况了节省了空间。连接隔板3-3的底端位于离心式叶轮3-2的底板3-5的前端，两者之间形成流体出口。轴流式叶片3-4由前到后设置为多组，其所在的位置为外增压段，外增压段由前到后容积逐渐减小。保证了增压的效果。增压后，两种气流在主燃烧室D内二次燃烧，保证产生充分的能量。
为实现增压件3的动作，可采用电机给转子体3-1提供动力，也可以采用燃气发生器，通过燃气发生器流道为转子体提供动力，驱动增压件3旋转。
本发明分级增压燃烧固体火箭发动机中，前一次燃烧室A内的推进剂装填方式为贴壁浇筑，即先将设计好的推进剂内表面模具放入前一次燃烧室内，将混合好的液态推进剂浇入模具内，当推进剂冷却固化后，再将模具取出，完成推进剂装填。推进剂为内表面燃烧。采用的点火方式为前一次燃烧室A前端安装有点火装置，激发点火装置后，点燃点火装置当中的黑火药，产生的热量点燃前一次燃烧室A中推进剂的内壁，使其内表面燃烧。
而后一次燃烧室B内的推进剂为端面燃烧，故推进剂可采用直接装填，即先将柱状推进剂制作好，直接放入推进剂装填腔体c内，再用档药板进行固定。后一次燃烧室B内，在档药板处设置有点火装置，激发点火装置后，点燃点火装置当中的黑火药，产生的热量点燃后一次燃烧室B内推进剂表面，使其进行端面燃烧。
本发明中，前一次燃烧室A内的推进剂表面燃烧后产生的气流依次通过燃气通道d和内壳体2的中空腔体，进入内增压通道b，在离心式叶轮3-2的作用下增压，增压后进入主燃烧室D；后一次燃烧室B内的推进剂的后端面燃烧，产生的气流进入外增压通道a，在轴流式叶片3-4的作用下增压，增压后进入主燃烧室D，两种气流在主燃烧室D中再次燃烧，产生的气体由喷管4喷出。
在整个过程中，只有主燃烧室D和喷管4部分处在高温高压的状态，大大降低了绝热层设计质量以及发动机壳体结构质量，使得火箭发动机可以有更好的设计性能。另外，实现了温度隔离，可大幅度提高工作时间。

Claims (6)

1.分级增压燃烧固体火箭发动机，其特征在于，包括沿轴向依次相连接的前一次燃烧室(A)、后一次燃烧室(B)、增压室(C)和主燃烧室(D)，所述主燃烧室(D)后端用于与喷管(4)连接，其中一个一次燃烧室内用于装填富氧推进剂，另一个用于装填富燃推进剂，其内用于对应推进剂的第一次燃烧；
所述增压室(C)内设置有外增压通道(a)和内增压通道(b)，它们均沿轴向设置，且同轴套设在一起；内增压通道(b)与前一次燃烧室(A)和主燃烧室(D)轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室(D)；其中，内增压通道(b)与前一次燃烧室(A)通过后一次燃烧室(B)轴向连通；
所述外增压通道(a)与后一次燃烧室(B)和主燃烧室(D)轴向连通，将通过其内的气流增压，并输送至主燃烧室(D)，增压后的两种气流混合燃烧。
2.按照权利要求1所述的分级增压燃烧固体火箭发动机，其特征在于，所述外增压通道(a)和内增压通道(b)内设置有一增压件(3)，所述增压件(3)包括用于套设于转子体(3-1)上的离心式叶轮(3-2)，离心式叶轮(3-2)位于内增压通道(b)内，垂直于来流向方向；
所述离心式叶轮(3-2)的外端，且绕其一周设置有连接隔板(3-3)，所述连接隔板(3-3)内形成了内增压通道(b)的增压段；所述连接隔板(3-3)的外壁上、且绕其一周连接有轴流式叶片(3-4)，轴流式叶片(3-4)设置于外增压通道(a)内，垂直于来流向方向；所述连接隔板(3-3)还用于将通过离心式叶轮(3-2)和轴流式叶片(3-4)的流体隔离开，其前端和后端与用于分割形成内外两个增压通道的壳体动密封连接；所述离心式叶轮(3-2)和轴流式叶片(3-4)在转子体(3-1)的带动下同时动作，将通过各自的对应的流体增压。
3.按照权利要求2所述的分级增压燃烧固体火箭发动机，其特征在于，所述前一次燃烧室(A)内装填推进剂后，沿其中轴线轴向形成一燃气流道(d)；
所述后一次燃烧室(B)包括中空的外壳体(1)，所述外壳体(1)内同轴套设有一中空的内壳体(2)，两壳体间形成环形的推进剂装填腔体(c)，内部还用于推进剂的燃烧，其一端封闭，另一端与外增压通道(a)相连通；内壳体(2)的中空腔体与燃气流道(d)的位置相对应，与燃气流道(d)和内增压通道(b)轴相连通。
4.按照权利要求3所述的分级增压燃烧固体火箭发动机，其特征在于，所述连接隔板(3-3)的纵剖面为L形板和倾斜板(3-6)，其底端伸向轴流式叶片(3-4)侧。
5.按照权利要求4所述的分级增压燃烧固体火箭发动机，其特征在于，连接隔板(3-3)的底端位于离心式叶轮(3-2)的底板(3-5)的前端，两者之间形成流体出口。
6.按照权利要求5所述的分级增压燃烧固体火箭发动机，其特征在于，所述轴流式叶片(3-4)由前到后设置为多组，其所在的位置为外增压段，外增压段由前到后容积逐渐减小。
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