CN109184956A - 一种高压气态氢氧喷气式发动机装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源发动机技术领域的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，包括如下部分：空心回转体结构的主壳体，该主壳体内设从前往后依次排布的高压氧气室、高压氢气室、冷却室、高压燃烧室、膨胀室；供氧管路，用于向高压氧气室内提供高压气态氧气并将氧气通入高压燃烧室；供氢管路，用于向高压氢气室内提供高压气态氢气并将氢气通入高压燃烧室；点火部件，用于点燃高压燃烧室内的氢氧混合物；其中，冷却室用于充斥冷却液，高压氧气室、高压氢气室、冷却室相互隔离，高压燃烧室、膨胀室相互连通。结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发动机技术领域，具体来说，是氢氧喷气式发动机装置。
背景技术
目前，氢氧喷气式发动机一般用在航天领域，且其使用的氢氧燃料一般为低温液态。氢氧发动机使用液态氢氧燃料主要考虑燃料密度相对气态大得多，占用空间相对小，便于航天器携带。但是，其储存和气化等过程比较复杂，并需要高性能的增压泵，导致价格昂贵等。在陆路运输工况中，对燃料的储存空间限制较小，不一定需要采用液态氢氧为燃料，因此，提出一种以高压气态氢氧为燃料、结构相对简单的氢氧喷气式发动机。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，以简化结构，降低成本。
本发明的目的是这样实现的：一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，包括如下部分：空心回转体结构的主壳体，该主壳体内设从前往后依次排布的高压氧气室、高压氢气室、冷却室、高压燃烧室、膨胀室；供氧管路，用于向高压氧气室内提供高压气态氧气并将氧气通入高压燃烧室；供氢管路，用于向高压氢气室内提供高压气态氢气并将氢气通入高压燃烧室；点火部件，用于点燃高压燃烧室内的氢氧混合物；其中，所述冷却室内充盈有冷却液，所述高压氧气室、高压氢气室、冷却室相互隔离，所述高压燃烧室、膨胀室相互连通，且所述膨胀室出气端口的径向尺寸大于高压燃烧室的最大径向尺寸。
进一步地，所述供氧管路包括高压氧气供给管、氧气供给管道，所述高压氧气供给管用于将高压气态氧气通入高压氧气室，所述氧气供给管道的进气端与高压氧气室内腔相连通，所述氧气供给管道的出气端与高压燃烧室内腔相连通，所述氧气供给管道穿过高压氢气室和冷却室。
进一步地，所述供氢管路包括高压氢气供给管、氢气供给管道，所述高压氢气供给管用于将高压气态氢气通入高压氢气室，所述氢气供给管道的进气端与高压氢气室内腔相连通，所述氢气供给管道的出气端与高压燃烧室内腔相连通，所述氢气供给管道穿过冷却室。
进一步地，所述冷却室配置有与其连通的冷却液进口管、冷却液出口管，所述冷却液进口管用于将冷却液引入冷却室，所述冷却液出口管用于将冷却液排出冷却室。
进一步地，所述氧气供给管道、氢气供给管道均设置有若干个且在数量上相等，若干氧气供给管道和若干氢气供给管道组合排列成至少一圈均匀分布的环形阵列，且以主壳体中心轴线为该环形阵列的基准。
进一步地，所述点火部件穿过高压氧气室、高压氢气室、冷却室，所述点火部件的能量输出端处于高压燃烧室内腔中且处于主壳体中心轴线上。
进一步地，所述点火部件包括点火线束、点火器，所述点火线束与点火器相连，所述点火器用于点燃高压燃烧室内腔的氢氧混合物。
进一步地，所述冷却室配套有冷却循环管路，所述冷却液进口管、冷却液出口管与冷却循环管路形成连通关系，所述冷却循环管路上设置循环泵、散热器。
进一步地，所述点火部件包括由隔热材料制成的套管，所述点火线束处于套管内，所述套管一端伸入高压燃烧室内腔中，所述点火器封装套管的伸入高压燃烧室内腔的一端。
进一步地，所述膨胀室与高压燃烧室相接的段节两端分别连通膨胀室的进气端口、高压燃烧室的出气端口，所述膨胀室的进气端口径向尺寸为膨胀室的径向尺寸最小处，所述高压燃烧室的出气端口径向尺寸为高压燃烧室的径向尺寸最小处。
本发明的有益效果在于：结构简单，成本较低；其一，整体布局简单合理，高压氧气室、高压氢气室、冷却室相互隔离且依次排布，便于提供燃烧时所需的氧气和氢气，冷却室内可充入冷却液，以隔绝高压燃烧室的高温对高压氧气室或者高压氢气室的影响，冷却液能够与高压燃烧室形成热交换，而且冷却液可以循环利用；其二，供氧管路和供氧管路的布置方式简单合理，且相互错开，由于若干氧气供给管道和若干氢气供给管道组合排列成至少一圈均匀分布的环形阵列，且以主壳体中心轴线为该环形阵列的基准，使得氢气和氧气能够相对均匀地输送到高压燃烧室中，以便于获得相对均匀的氢氧混合物，使得燃烧过程处于相对稳定的状态；其三，点火部件的布置位置合理，便于点燃高压燃烧室中的氢氧混合物。
附图说明
图1是本发明的总装示意图。
图2是图1中的A-A剖视示意图。
图3是图1中的B-B剖视示意图。
图中，1高压氧气室，2高压氢气室，3冷却室，4高压燃烧室，5膨胀室，6高压氧气供给管，7氧气供给管道，8高压氢气供给管，9氢气供给管道，10点火线束，11点火器，12冷却液进口管，13冷却液出口管，14套管，15主壳体，16冷却循环管路，17循环泵，18散热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，包括如下部分：
空心回转体结构的主壳体15，该主壳体15内设从前往后依次排布的高压氧气室1、高压氢气室2、冷却室3、高压燃烧室4、膨胀室5；
供氧管路，用于向高压氧气室1内提供高压气态氧气并将氧气通入高压燃烧室4；
供氢管路，用于向高压氢气室2内提供高压气态氢气并将氢气通入高压燃烧室4；
点火部件，用于点燃高压燃烧室4内的氢氧混合物；
其中，冷却室3内充盈有冷却液，高压氧气室1、高压氢气室2、冷却室3相互隔离，高压燃烧室4、膨胀室5相互连通，且膨胀室5出气端口的径向尺寸大于高压燃烧室4的最大径向尺寸。
上述供氧管路包括高压氧气供给管6、氧气供给管道7，高压氧气供给管6用于将高压气态氧气通入高压氧气室1，氧气供给管道7的进气端与高压氧气室1内腔相连通，氧气供给管道7的出气端与高压燃烧室4内腔相连通，氧气供给管道7穿过高压氢气室2和冷却室3。在提供氧气时，可利用专用的输送泵通过高压氧气供给管6向高压氧气室1内输送带有一定压力的高压气态氧气。
上述供氢管路包括高压氢气供给管8、氢气供给管道9，高压氢气供给管8用于将高压气态氢气通入高压氢气室2，氢气供给管道9的进气端与高压氢气室2内腔相连通，氢气供给管道9的出气端与高压燃烧室4内腔相连通，氢气供给管道9穿过冷却室3。在提供氢气时，可利用专用的输送泵通过高压氢气供给管8向高压氢气室2内输送带有一定压力的高压气态氢气。
上述冷却室3配置有与其连通的冷却液进口管12、冷却液出口管13，冷却液进口管12用于将冷却液引入冷却室3，冷却液出口管13用于将冷却液排出冷却室3；冷却室3配套有冷却循环管路16，冷却液进口管12、冷却液出口管13与冷却循环管路16形成连通关系，冷却循环管路16上设置循环泵17、散热器18，从而使得冷却室3、冷却液进口管12、冷却液出口管13、冷却循环管路16形成一个循环系统。循环泵17可使得冷却液在冷却循环管路16中作循环流动，可将低温的冷却液通过冷却液进口管12注入冷却室3，冷却液在与高压燃烧室4完成热交换后通过冷却液出口管13流入冷却循环管路16，通过散热器18将热量散发出去，使得冷却液的温度下降，然后在循环泵17的驱使下重新进入冷却室3。冷却液可循环利用，冷却室3用以阻隔高压燃烧室4在燃烧时产生的热，以保护高压氧气室1、高压氢气室2。
结合图2-3所示，上述氧气供给管道7、氢气供给管道9均设置有若干个且在数量上相等，若干氧气供给管道7和若干氢气供给管道9组合排列成两圈均匀分布的环形阵列，且以主壳体15中心轴线为该环形阵列的基准。氧气供给管道7、氢气供给管道9的排布方式能够保证氢氧混合物的均匀程度，使得燃烧过程的稳定性可以得到保证。
如图1所示，上述点火部件穿过高压氧气室1、高压氢气室2、冷却室3，点火部件的能量输出端处于高压燃烧室4内腔中且处于主壳体15中心轴线上。点火时，燃烧作用从中心到四周扩散，以便热流在高压燃烧室4的出气端口形成聚拢，使得推力方向与主壳体15中心轴线相一致，提升能量利用率。
上述点火部件包括点火线束10、点火器11，点火线束10与点火器11相连，点火器11用于点燃高压燃烧室4内腔的氢氧混合物。
上述氧气供给管道7、氢气供给管道9的轴线与主壳体15中心轴线平行。
上述点火部件包括由隔热材料制成的套管14，点火线束10处于套管14内，套管14一端伸入高压燃烧室4内腔中，点火器11封装套管14的伸入高压燃烧室4内腔的一端。其中，套管14起到了保护点火线束10的作用。点火时，由控制中心通过点火线束10给予点火器11的启动信号，使得点火器11完成点火动作。
上述膨胀室5与高压燃烧室4相接的段节两端分别连通膨胀室5的进气端口、高压燃烧室4的出气端口，该段节优选为直管段结构，膨胀室5的进气端口径向尺寸为膨胀室5的径向尺寸最小处，高压燃烧室4的出气端口径向尺寸为高压燃烧室4的径向尺寸最小处，高压燃烧室4的进气端口径向尺寸大于其出气端口径向尺寸；膨胀室5从其进气端口到其出气端口在径向上逐步变大并且形成平滑曲面结构；高压燃烧室4的进气端口到出气端口形成球状的曲面。
在使用该发动机装置时，气态氧气和气态氢气分别通过高压氧气供给管6和高压氢气供给管8进入高压氧气室1和高压氢气室2，然后通过均匀分布的若干氧气供给管道7和均匀分布的若干氢气供给管道9进入高压燃烧室4形成氢氧混合物，在点火器11的点火作用下燃烧，氢氧在高压燃烧室4燃烧形成高压燃烧区，燃烧后的氢氧混合物在高压下排出高压燃烧室4，进入膨胀室5，最后向后排出，形成推力。在具体使用时，只要高压氢氧气体压力超出高压燃烧室4的压力一定值，就能够不断维持燃烧，并保证燃烧不会扩展到高压氧气室1和高压氢气室2。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：包括如下部分：
空心回转体结构的主壳体(15)，该主壳体(15)内设从前往后依次排布的高压氧气室(1)、高压氢气室(2)、冷却室(3)、高压燃烧室(4)、膨胀室(5)；
供氧管路，用于向高压氧气室(1)内提供高压气态氧气并将氧气通入高压燃烧室(4)；
供氢管路，用于向高压氢气室(2)内提供高压气态氢气并将氢气通入高压燃烧室(4)；
点火部件，用于点燃高压燃烧室(4)内的氢氧混合物；
其中，所述冷却室(3)内充盈有冷却液，所述高压氧气室(1)、高压氢气室(2)、冷却室(3)相互隔离，所述高压燃烧室(4)、膨胀室(5)相互连通，且所述膨胀室(5)出气端口的径向尺寸大于高压燃烧室(4)的最大径向尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述供氧管路包括高压氧气供给管(6)、氧气供给管道(7)，所述高压氧气供给管(6)用于将高压气态氧气通入高压氧气室(1)，所述氧气供给管道(7)的进气端与高压氧气室(1)内腔相连通，所述氧气供给管道(7)的出气端与高压燃烧室(4)内腔相连通，所述氧气供给管道(7)穿过高压氢气室(2)和冷却室(3)。
3.根据权利要求2所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述供氢管路包括高压氢气供给管(8)、氢气供给管道(9)，所述高压氢气供给管(8)用于将高压气态氢气通入高压氢气室(2)，所述氢气供给管道(9)的进气端与高压氢气室(2)内腔相连通，所述氢气供给管道(9)的出气端与高压燃烧室(4)内腔相连通，所述氢气供给管道(9)穿过冷却室(3)。
4.根据权利要求1所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述冷却室(3)配置有与其连通的冷却液进口管(12)、冷却液出口管(13)，所述冷却液进口管(12)用于将冷却液引入冷却室(3)，所述冷却液出口管(13)用于将冷却液排出冷却室(3)。
5.根据权利要求3所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述氧气供给管道(7)、氢气供给管道(9)均设置有若干个且在数量上相等，若干氧气供给管道(7)和若干氢气供给管道(9)组合排列成至少一圈均匀分布的环形阵列，且以主壳体(15)中心轴线为该环形阵列的基准。
6.根据权利要求5所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述点火部件穿过高压氧气室(1)、高压氢气室(2)、冷却室(3)，所述点火部件的能量输出端处于高压燃烧室(4)内腔中且处于主壳体(15)中心轴线上。
7.根据权利要求1所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述点火部件包括点火线束(10)、点火器(11)，所述点火线束(10)与点火器(11)相连，所述点火器(11)用于点燃高压燃烧室(4)内腔的氢氧混合物。
8.根据权利要求4所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述冷却室(3)配套有冷却循环管路(16)，所述冷却液进口管(12)、冷却液出口管(13)与冷却循环管路(16)形成连通关系，所述冷却循环管路(16)上设置循环泵(17)、散热器(18)。
9.根据权利要求7所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述点火部件包括由隔热材料制成的套管(14)，所述点火线束(10)处于套管(14)内，所述套管(14)一端伸入高压燃烧室(4)内腔中，所述点火器(11)封装套管(14)的伸入高压燃烧室(4)内腔的一端。
10.根据权利要求1所述的一种高压气态氢氧喷气式发动机装置，其特征在于：所述膨胀室(5)与高压燃烧室(4)相接的段节两端分别连通膨胀室(5)的进气端口、高压燃烧室(4)的出气端口，所述膨胀室(5)的进气端口径向尺寸为膨胀室(5)的径向尺寸最小处，所述高压燃烧室(4)的出气端口径向尺寸为高压燃烧室(4)的径向尺寸最小处。
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