CN111927649A - 基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统 - Google Patents

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Abstract

为了解决现有液氧煤油发动机基于高压氦增压系统价格昂贵、增压工质地面携带且用量大的问题，本发明提供了一种基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，包括液氧贮箱、煤油贮箱、用于给煤油贮箱增压的气氢增压单元和用于给液氧贮箱增压的气氧增压单元；气氧增压单元包括依次设置的电动增压泵、气氧燃气发生器、除水装置、节流阀组、高压气氧贮箱、第三开关阀和第二减压阀；所述第二减压阀的出口接所述液氧贮箱的增压气入口；气氧燃气发生器的液氧入口接电动增压泵的出口，煤油入口通过第四开关阀接煤油贮箱的出口。本发明采用高压气氢代替氦对煤油贮箱进行增压，采用高压气氧对液氧贮箱进行增压，显著降低了成本。

Description

基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统
技术领域
本发明涉及一种液体火箭发动机增压系统，具体涉及一种基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统。
背景技术
随着液体动力技术水平的提高，低温推进剂也将逐步应用于月球登陆、火星探测等空间长期在轨飞行器的动力系统中，现有的基于液氧和煤油工质的低温发动机增压系统大多采用高压氦对推进剂进行增压，但我国是贫氦国，氦作为不可再生资源，目前主要依赖进口，价格昂贵。
发明内容
为了解决现有液氧煤油发动机基于高压氦增压系统价格昂贵、增压工质地面携带且用量大的技术问题的技术问题，本发明提供了一种基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统。
本发明的技术解决方案是：
一种基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特殊之处在于：包括液氧贮箱、煤油贮箱、用于给煤油贮箱增压的气氢增压单元和用于给液氧贮箱增压的气氧增压单元；
所述气氢增压单元包括气氢贮箱以及沿气氢流向依次设置的第一开关阀、第一减压阀和多级单向阀组；所述多级单向阀组的出口接所述煤油贮箱的增压气入口；所述煤油贮箱的出口接发动机的煤油入口；
所述液氧贮箱的出口分为两路，一路接发动机的液氧入口，另一路接所述气氧增压单元；
所述气氧增压单元包括依次设置的电动增压泵、气氧燃气发生器、除水装置、节流阀组、高压气氧贮箱、第三开关阀和第二减压阀；所述第二减压阀的出口接所述液氧贮箱的增压气入口；
所述气氧燃气发生器的液氧入口接所述电动增压泵的出口，气氧燃气发生器的煤油入口通过第四开关阀接所述煤油贮箱的出口。
进一步地，所述气氢增压单元还包括设置在多级单向阀组和煤油贮箱之间的第二开关阀，以进一步确保煤油贮箱的增压压力满足要求。
进一步地，所述多级单向阀组包括两组并联的单向阀组单元，每组所述单向阀组单元均包括两个串联的第一单向阀。
进一步地，所述除水装置为离心式除水器。
进一步地，所述节流阀组包括依次串联设置的节流阀和多个第二单向阀。
进一步地，所述第一开关阀和所述第三开关阀均为电爆阀。
进一步地，所述第四开关阀为球阀。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明采用高压气氢代替氦对煤油贮箱进行增压，采用高压气氧对液氧贮箱进行增压，显著降低了成本，并且气氢密度小、为可再生资源且增压能力强，提高了增压系统的性能。
2、本发明采用气氧燃气发生器将来自液氧贮箱的液氧和来自煤油贮箱的煤油燃烧，生成高压高富氧燃气对液氧贮箱增压，增压气源源于自身的液氧贮箱，节省了氦气；液氧贮箱泄露的气氧也用于自身增压，简化了动力系统的结构并且提高了增压系统的性能。
3、本发明设有独立的高压气氧贮箱，地面起飞时，高压气氧贮箱为空置状态，采用小型化电动增压泵将动力系统非工作阶段蒸发的气氧加压贮存在气氧贮箱中，有效提高了推进剂的利用率。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
附图标记为：
1-液氧贮箱，2-煤油贮箱，3-气氢增压单元，301-气氢贮箱，302-第一开关阀，303-第一减压阀，304-多级单向阀组，305-第二开关阀，306-第一单向阀，4-气氧增压单元，401-电动增压泵，402-气氧燃气发生器，403-除水装置，404-节流阀组，405-高压气氧贮箱，406-第三开关阀，407-第二减压阀，408-第四开关阀，409-节流阀，410-第二单向阀。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
参照图1，本发明增压系统包括液氧贮箱1、煤油贮箱2、用于给煤油贮箱2增压的气氢增压单元3和用于给液氧贮箱1增压的气氧增压单元4。
气氢增压单元3包括两个气氢贮箱301、第一开关阀302、第一减压阀303、多级单向阀组304和第二开关阀305。气氢贮箱301的出口接第一开关阀302的入口，第一开关阀302的出口接减压阀303的入口，减压阀303的入口接多级单向阀组304的入口；多级单向阀组304的出口接第二开关阀305的入口；第二开关阀305的出口接煤油贮箱2的增压气入口；煤油贮箱2的出口接发动机的煤油入口和气氧燃气发生器402的煤油入口。多级单向阀组304包括两组并联的单向阀组，每组所述单向阀组单元均包括两个串联的第一单向阀306。
液氧贮箱1的出口分为两路，一路接发动机的液氧入口，另一路接气氧增压单元4。
气氧增压单元4包括电动增压泵401、气氧燃气发生器402、除水装置403、节流阀组404、高压气氧贮箱405、第三开关阀406、第二减压阀407和第四开关阀408；节流阀组404包括依次串联设置的节流阀409和两个第二单向阀410；
电动增压泵401的入口接液氧贮箱1的出口，电动增压泵401的出口接气氧燃气发生器402的液氧入口；气氧燃气发生器402的煤油入口通过第四开关阀408接煤油贮箱2的出口；气氧燃气发生器402的出口接除水装置403的入口，除水装置403的出口接节流阀409的入口，节流阀409的出口串联两个第二单向阀410。远离节流阀409的第二单向阀410的出口接高压气氧贮箱405的入口，高压气氧贮箱405的出口接第三开关阀406的入口，第三开关阀406的出口接第二减压阀407的入口，第二减压阀407的出口接液氧贮箱1的增压气入口。
上述本实施例中除水装置403为离心式除水器；第一开关阀302和第三开关阀406为电爆阀；第四开关阀408为球阀。
本发明增压系统的工作原理如下：
气氢贮箱301中的高压气氢依次经第一开关阀302、第一减压阀303和多级单向阀组304和第二开关阀305后进入煤油贮箱2内，对煤油贮箱2中的煤油进行增压，煤油贮箱2排出的煤油作为燃料分别进入发动机和气氧燃气发生器402内，其中第一开关阀302和第二开关阀305起到开关管路的作用，第一减压阀303起到减压作用，多级单向阀组304起到防止高压气氢倒流的作用。
液氧贮箱1的出口分为两路，一路进入发动机内作为氧化剂，另一路经电动增压泵401后进入气氧燃气发生器402，并在气氧燃气发生器402内与煤油燃烧生成高压高富氧燃气(高温、高压、高富氧，成分为O2、CO2和H2O)，高压高富氧燃气经除水装置403除水后，再经节流阀组404调节流量后进入高压气氧贮箱405内，高压气氧贮箱405流出的气氧经第三开关阀406和第二减压阀407后进入液氧贮箱1内，对液氧贮箱1中的液氧进行增压，液氧贮箱1排出的液氧作为氧化剂分别进入发动机和气氧燃气发生器402内。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：包括液氧贮箱(1)、煤油贮箱(2)、用于给煤油贮箱(2)增压的气氢增压单元(3)和用于给液氧贮箱(1)增压的气氧增压单元(4)；
所述气氢增压单元(3)包括气氢贮箱(301)以及沿气氢流向依次设置的第一开关阀(302)、第一减压阀(303)和多级单向阀组(304)；所述多级单向阀组(304)的出口接所述煤油贮箱(2)的增压气入口；所述煤油贮箱(2)的出口接发动机的煤油入口；
所述液氧贮箱(1)的出口分为两路，一路接发动机的液氧入口，另一路接所述气氧增压单元(4)；
所述气氧增压单元(4)包括依次设置的电动增压泵(401)、气氧燃气发生器(402)、除水装置(403)、节流阀组(404)、高压气氧贮箱(405)、第三开关阀(406)和第二减压阀(407)；所述第二减压阀(407)的出口接所述液氧贮箱(1)的增压气入口；
所述气氧燃气发生器(402)的液氧入口接所述电动增压泵(401)的出口，气氧燃气发生器(402)的煤油入口通过第四开关阀(408)接所述煤油贮箱(2)的出口。
2.根据权利要求1所述的基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：所述气氢增压单元(3)还包括设置在多级单向阀组(304)和煤油贮箱(2)之间的第二开关阀(305)。
3.根据权利要求1或2所述的基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：所述多级单向阀组(304)包括两组并联的单向阀组单元，每组所述单向阀组单元均包括两个串联的第一单向阀(306)。
4.根据权利要求3所述的基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：所述除水装置(403)为离心式除水器。
5.根据权利要求4所述的基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：所述节流阀组(404)包括依次串联设置的节流阀(409)和多个第二单向阀(410)。
6.根据权利要求5所述的基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：所述第一开关阀(302)和所述第三开关阀(406)均为电爆阀。
7.根据权利要求6所述的基于气氧和气氢工质的液氧煤油发动机推进剂组合增压系统，其特征在于：所述第四开关阀(408)为球阀。
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