CN109209682B

CN109209682B - 一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置

Info

Publication number: CN109209682B
Application number: CN201811092855.6A
Authority: CN
Inventors: 秦振杨; 陈雄; 蔡文祥; 许进升; 单新有
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: CN109209682A

Abstract

本发明公开了一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，包括孔盘、隔热孔盘、孔盘座、执行仓、防回火阀、推进剂供给装置、推杆、传动机构、联轴器、电机；孔盘固定在孔盘座的一端，隔热孔盘固定在孔盘座内，并与孔盘固连；执行仓固连在孔盘座的另一端，推进剂供给装置与执行仓固连，推杆设置在推进剂供给装置内，推杆一端伸入执行仓后与防回火阀连接，推杆另一端与传动机构输出端固连，传动机构的输入端通过联轴器与电机固连。本发明在响应时间方面，孔盘与隔热孔盘的长度通过计算得到，在推进剂残余量小的同时为防回火阀的运行留下了充足的时间；在防回火效果方面，子阀与隔热孔盘的第二通孔紧密配合，增大了隔断面积，防回火效果更好。

Description

一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置

技术领域

本发明属于火箭发动机技术，具体涉及一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置。

背景技术

膏体推进剂是一种新型的非固非液推进剂，是化学火箭推进领域的一类特殊推进剂，属非牛顿流体，具有液体和固体推进剂的最佳综合特性。它储存时就像固体推进剂，加压后产生流动性又像液体推进剂，但不漏，不爆炸，更安全可靠。膏体火箭发动机可以多次开关机和重新启动，比固体发动机更容易控制，可以实现广泛的推力调节。因此可以应用于导弹及卫星上作为姿态调整控制的发动机。

要实现膏体火箭发动机的推力调节，就必须控制推进剂的流量，甚至于熄火与重新启动。而在熄火时，必须防止火焰向推进剂储箱内传播，以防止推进剂储箱爆炸的危险。因此，防回火装置是膏体火箭发动机上必要的安全装置。

周超在《膏体推进剂流变与输送特性研究》一文中论述了利用膏体推进剂的防回火半径设计输送管道来防止回火的方法：当管道半径小于防回火半径时，热量不足以支持火焰的继续传播，从而达到防回火的目的。其优点是不需要设计任何特殊的装置就能实现防回火；而缺点也很明显，因为防回火半径一般都非常小，通常只有几毫米，输送会有大量的能量消耗，而且也不能实现大范围的流量调节。

2015杨海、杜镇志、叶小兵等在《机械式膏体推进剂火箭发动机防回火装置》中提到了一种机械式的防回火装置：该装置通过阻隔膏体推进剂与火焰的接触来终止燃烧，实现防止回火的目的。这种方式虽然能够实现大范围的流量调节，但是依然存在不足：首先，防回火装置会阻碍膏体推进剂的流动，增大输送过程的能量消耗；更重要的是由于膏体推进剂的表观粘度很高，使其在壁面处的吸附能力很强，导致防回火装置并不能很好的将膏体推进剂与火焰隔断，回火风险很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，解决了现有的防回火装置能量消耗严重，防回火效果不佳的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，包括孔盘、隔热孔盘、孔盘座、执行仓、防回火阀、推进剂供给装置、推杆、传动机构、联轴器、电机；

孔盘、隔热孔盘、孔盘座、执行仓、推进剂供给装置、传动机构、联轴器和电机共轴线依次设置；

孔盘固定在孔盘座的一端，隔热孔盘固定在孔盘座内，并与孔盘固连；执行仓固连在孔盘座的另一端，推进剂供给装置与执行仓固连，推杆设置在推进剂供给装置内，两端伸出推进剂供给装置，推杆一端伸入执行仓后与防回火阀连接，使防回火阀在执行仓内部空间活动，推杆另一端与传动机构输出端固连，传动机构的输入端通过联轴器与电机固连。

所述防回火阀包括阀座和N个子阀，N＝M，所述子阀包括半球形阀帽和圆柱形主体，推杆一端与阀座中心固连，N个子阀关于阀座中心对称且呈环形分布，子阀与第二通孔位置对应，圆柱形主体固定在阀座上，半球形阀帽通过胶黏在圆柱形主体头部；阀座上还设有Q个第三通孔，Q＝N，第三通孔位于相邻的两个子阀之间，使得第三通孔与第二通孔位置交错。

所述半球形阀帽和推杆位于阀座的两侧。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)推进剂输送阻力小。防回火阀阀座上的第三通孔与执行仓仓底的第四通孔相通，防回火阀上的子阀对膏体推进剂的流动没有阻碍作用，膏体推进剂从推进剂供给装置到孔盘的流动过程多为直管流动而且没有受到其它结构的阻碍，所以本发明对膏体推进剂流动的阻力很小。

(2)安全可靠。在响应时间方面，孔盘与隔热孔盘的长度通过计算得到，在推进剂残余量最小的同时为防回火阀的运行留下了充足的时间；在防回火效果方面，防回火阀上的子阀与隔热孔盘的第二通孔紧密配合，将火焰阻隔在第二通孔中，防回火阀上的第三通孔与隔热孔盘的第二通孔位置交错且防回火阀与隔热孔盘的端面接触紧密，增大了隔断面积，防回火效果更好。

(3)推进剂流量调节范围广。传动机构通过螺纹传动将电机的转动转变为直线运动，将电机提供的小扭矩转变为防回火阀所需的大推力，扩大了防回火装置的工作的压强范围，使防回火装置能够适合更大的推进剂流量。

附图说明

图1为本发明电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置的整体结构示意图。

图2为本发明防回火阀结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为侧视图。

图3为本发明传动机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，包括孔盘10、隔热孔盘20、孔盘座30、执行仓50、防回火阀40、推进剂供给装置70、推杆80、传动机构90、联轴器100、电机110。

孔盘10、隔热孔盘20、孔盘座30、执行仓50、推进剂供给装置70、传动机构90、联轴器100和电机110共轴线依次设置。

孔盘10通过螺纹固定在孔盘座30的一端，隔热孔盘20固定在孔盘座30内，并与孔盘10通过销钉固连。执行仓50通过螺纹固连在孔盘座30的另一端，推进剂供给装置70与执行仓50固连，推杆80设置在推进剂供给装置70内，两端伸出推进剂供给装置70，推杆80一端伸入执行仓50后与防回火阀40连接，使防回火阀40在执行仓50内部空间活动，推杆80另一端与传动机构90输出端固连，传动机构90的输入端通过联轴器100与电机110固连。

所述孔盘10上设有P个第一通孔，P≥2，P个第一通孔关于孔盘10的圆心对称且呈环形分布。

所述隔热孔盘20上设有M个第二通孔，M＝P，孔盘10和隔热孔盘20固连后，第一通孔和第二通孔相通。

结合图2，防回火阀40包括阀座44和N个子阀，N＝M，所述子阀包括半球形阀帽42和圆柱形主体43，推杆80一端与阀座44中心通过螺栓固连，N个子阀关于阀座44中心对称且呈环形分布，子阀与第二通孔位置对应，圆柱形主体43通过螺栓45与螺母46固定在阀座44上，半球形阀帽42通过胶黏在圆柱形主体43头部。阀座44上还设有Q个第三通孔41，Q＝N，第三通孔41位于相邻的两个子阀之间，使得第三通孔41与第二通孔位置交错。

所述半球形阀帽42和推杆80位于阀座44的两侧。

所述执行仓50为桶形，其仓底分布S个第四通孔，S＝N，第四通孔分布与第三通孔41位置一致。

结合图3，所述传动机构90包括导轨91、螺杆92和螺筒93，螺筒93设置在导轨91上，使得螺筒93能够沿导轨91滑动，螺杆92一端固定在螺筒93内，另一端通过联轴器100与电机110固连，螺筒93与推杆80通过螺钉固连。传动机构90通过螺杆92与螺筒93将电机110的转动转化为防回火阀40的直线运动，螺杆92和螺筒93之间的螺纹传动能够将小的扭矩转化为大的推力，使得整个防回火装置工作的压强范围更加广泛；另外可以通过修改螺纹的螺距来改变防回火阀40前进的速度达到精确控制的目的。

所述电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置还包括杆套60，杆套60套在位于推进剂供给装置70内的推杆80上，杆套60一端通过螺纹与推进剂供给装置70固连，将推杆80与推进剂供给装置70中的膏体推进剂分隔开。

所述推进剂供给装置70为《以固体推进剂为动力源的膏体推进剂供给装置》中公开的膏体推进剂供给装置。

其工作原理为：

发动机需要工作时，电机110带动联轴器100旋转，传动机构90将转动转变为推杆80的直线运动，推杆80将防回火阀40拉回初始位置；推进剂供给装置70启动，推进剂在压力作用下通过执行仓50仓底的第四通孔和与之对应的防回火阀40上的第三通孔41，流过隔热孔盘20，再经过孔盘10进入燃烧室。

发动机需要熄火时，推进剂供给装置70停止供给推进剂，膏体推进剂流动停止；同时电机110反方向转动，防回火阀40在推杆80推动下前进使子阀进入隔热孔盘20的第二通孔中，进而封堵住第二通孔，防回火阀40继续前进直至阀座44端面与隔热孔盘20接触，电机110停止转动；火焰从燃烧室经过孔盘10回流到隔热孔盘20中，当回流到子阀位置时，由于子阀与隔热孔盘20的第二通孔配合紧密，防回火阀40将膏体推进剂与回流的火焰分隔开，使燃烧因失去可燃物而停止，到达有效防回火的目的。

实施例：

所述孔盘10上设有4个第一通孔，第一通孔关于孔盘10的圆心对称且呈环形分布。

所述隔热孔盘20上设有4个第二通孔，孔盘10和隔热孔盘20固连后，第一通孔和第二通孔相通。

结合图2，防回火阀40包括阀座44和4个子阀，所述子阀包括半球形阀帽42和圆柱形主体43，推杆80一端与阀座44中心通过螺栓固连，4个子阀关于阀座44中心对称且呈环形分布，子阀与第二通孔位置对应，圆柱形主体43通过螺栓45与螺母46固定在阀座44上，半球形阀帽42通过胶黏在圆柱形主体43头部。阀座44上还设有4个第三通孔41，第三通孔41位于相邻的两个子阀之间，使得第三通孔41与第二通孔位置交错。

所述半球形阀帽42和推杆80位于阀座44的两侧。

所述执行仓50为桶形，其仓底分布4个第四通孔，第四通孔分布与第三通孔41位置一致。

Claims

1.一种电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，其特征在于：包括孔盘（10）、隔热孔盘（20）、孔盘座（30）、执行仓（50）、防回火阀（40）、推进剂供给装置（70）、推杆（80）、传动机构（90）、联轴器（100）、电机（110）；

孔盘（10）、隔热孔盘（20）、孔盘座（30）、执行仓（50）、推进剂供给装置（70）、传动机构（90）、联轴器（100）和电机（110）共轴线依次设置；

孔盘（10）固定在孔盘座（30）的一端，隔热孔盘（20）固定在孔盘座（30）内，并与孔盘（10）固连；执行仓（50）固连在孔盘座（30）的另一端，推进剂供给装置（70）与执行仓（50）固连，推杆（80）设置在推进剂供给装置（70）内，两端伸出推进剂供给装置（70），推杆（80）一端伸入执行仓（50）后与防回火阀（40）连接，使防回火阀（40）在执行仓（50）内部空间活动，推杆（80）另一端与传动机构（90）输出端固连，传动机构（90）的输入端通过联轴器（100）与电机（110）固连；

所述孔盘（10）上设有P个第一通孔，P≥2，P个第一通孔关于孔盘（10）的圆心对称且呈环形分布；

所述隔热孔盘（20）上设有M个第二通孔，M=P，第一通孔和第二通孔相通；

所述防回火阀（40）包括阀座（44）和N个子阀，N=M，所述子阀包括半球形阀帽（42）和圆柱形主体（43），推杆（80）一端与阀座（44）中心固连，N个子阀关于阀座（44）中心对称且呈环形分布，子阀与第二通孔位置对应，圆柱形主体（43）固定在阀座（44）上，半球形阀帽（42）通过胶黏在圆柱形主体（43）头部；阀座（44）上还设有Q个第三通孔（41），Q=N，第三通孔（41）位于相邻的两个子阀之间，使得第三通孔（41）与第二通孔位置交错。

2.根据权利要求1所述的电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，其特征在于：所述半球形阀帽（42）和推杆（80）位于阀座（44）的两侧。

3.根据权利要求1所述的电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，其特征在于：所述执行仓（50）为桶形，其仓底分布S个第四通孔，S=N，第四通孔分布与第三通孔（41）位置对应。

4.根据权利要求1所述的电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，其特征在于：所述传动机构（90）包括导轨（91）、螺杆（92）和螺筒（93），螺筒（93）设置在导轨（91）上，使得螺筒（93）能够沿导轨（91）滑动，螺杆（92）一端固定在螺筒（93）内，另一端通过联轴器（100）与电机（110）固连，螺筒（93）与推杆（80）固连。

5.根据权利要求1所述的电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置，其特征在于：所述电机驱动的膏体推进剂火箭发动机防回火装置还包括杆套（60），杆套（60）套在位于推进剂供给装置（70）内的推杆（80）上，杆套（60）一端通过螺纹与推进剂供给装置（70）固连，将推杆（80）与推进剂供给装置（70）中的膏体推进剂分隔开。