CN113586285B - 一种快速响应的燃气动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速响应的燃气动力装置，包括燃烧室、点火器组件、点火药盒和若干喷管，该燃烧室内装有呈环状的推进剂主装药；所述燃烧室留有相对设置的贯穿孔和喷气通道，所述燃烧室内设置有若干支撑台；所述点火器组件和点火药盒分别安装在所述燃烧室的外侧和内侧，并且所述点火器组件通过所述贯穿孔连通所述点火药盒，以便于引燃位于所述点火药盒内的点火药片；该点火药盒留有若干与推进剂主装药相通的连通孔，以便于点火药片燃烧后引燃推进剂主装药；各所述喷管均安装在所述燃烧室上且均与所述喷气通道连通。本发明具有响应时间短、输出推力大、点火可靠、结构紧凑、质量轻的特点，能够很好的解决飞行器的响应速度差的问题。

Description

一种快速响应的燃气动力装置
技术领域
本发明属于固体火箭发动机领域，更具体地，涉及一种快速响应的燃气动力装置。
背景技术
随着飞行器的日益发展，飞行器的速度越来越快，行程也越来越大。对于某些特殊领域的飞行器，需要具备很好的机动性能，从而能够很好地调整飞行器的角度或方向，以应对不同场景下的飞行器姿态调整。对于飞行器的响应问题，目前常采用的方式为气动力控制。虽然能在一定程度上使飞行器具备机动性能，但也具有很多限制，如响应时间长、受飞行环境约束大、可用过载小等问题，从而使得飞行器的快速响应能力差，影响其在实际实用中的效果。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种快速响应的燃气动力装置，其目的在于通过燃气动力装置产生的直接侧向力与气动力的复合力，从而实现复合控制，由此解决飞行器快速响应的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，包括燃烧室、点火器组件、点火药盒和若干喷管，该燃烧室内装有呈环状的推进剂主装药；
所述燃烧室留有相对设置的贯穿孔和喷气通道，所述燃烧室内设置有若干支撑台，各所述支撑台沿所述喷气通道的外周分布；
所述点火器组件和点火药盒分别安装在所述燃烧室的外侧和内侧，并且所述点火器组件通过所述贯穿孔连通所述点火药盒，以便于引燃位于所述点火药盒内的点火药片；该点火药盒留有若干与推进剂主装药相通的连通孔，以便于点火药片燃烧后引燃推进剂主装药；
推进剂主装药的一端抵接于所述燃烧室且其侧面与所述燃烧室之间留有间隙，另一端则放置在各所述支撑台上；
各所述喷管均安装在所述燃烧室上且均与所述喷气通道连通，各所述喷管的轴线均处于同一平面内并且它们沿环向均匀分布。
优选地，还包括挡板，所述挡板包括留有若干均匀分布的通气孔的挡板本体和设置在每个通气孔上的膜片；所述挡板本体设置在所述燃烧室的喷气通道处。
优选地，所述燃烧室、挡板和喷管的通气面积分别为S1、S2、S3，其中S1>3S3，S2>3S3。
优选地，各所述点火药盒的连通孔上分别设置有一个膜片。
优选地，所述燃烧室包括封盖部件和壳体部件，所述封盖部件安装在所述壳体部件上；所述封盖部件包括封盖本体和封盖隔热层，所述封盖隔热层紧贴在所述封盖本体内侧；所述壳体部件包括壳体本体和壳体隔热层，所述壳体隔热层紧贴在所述壳体本体内侧。
优选地，所述喷管包括连通在一起的喷管本体和喉衬，所述喷管本体通过所述喉衬安装在所述燃烧室上。
优选地，所述点火药盒伸入推进剂主装药内部，以便于更好的引燃推进剂主装药。
优选地，所述喷管为三个及以上。
优选地，所述点火器组件有两个，它们均安装在所述燃烧室上且与所述点火药盒连通。
优选地，推进剂主装药的两端均设置有推进剂调整垫，以便于调整推进剂主装药在所述燃烧室内的位置。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明通过在燃烧室内设置环形推进剂主装药和支撑台，在增大推进剂主装药的燃烧面积的同时，连通推进剂主装药的内外空间，以便于通过留有连通孔的点火药盒引燃推进剂主装药的内外侧，并通过设置在燃烧室上且均匀分布的喷管将气体喷出，从而实现飞行器的快速响应。
(1)本发明通过推进剂主装药内外侧的连通结构，使得其内外侧可被同时点火燃烧，可在短时间内燃烧殆尽，并通过若干均匀设置的喷管喷出气体，从而能够实现飞行器的快速响应。
(2)本发明的点火药盒和挡板上均设置有膜片，该膜片在提高点火或引燃可靠性的同时，可以起到防潮的作用，进而提高燃气动力装置的可靠性和有效性。
(3)相比于喷管的通气面积，燃烧室、挡板的通气面积更大，从而避免主装药推进剂产生的燃气排出不及时，导致燃烧室内部压强升高，最终影响燃气动力装置的输出性能和安全性。
(4)本发明通过点火方式、推进剂设置形式和喷管布置方式，使得燃气动力装置具有响应时间短、输出推力大、点火可靠、结构紧凑和质量较轻等效果。
附图说明
图1是本发明的剖视图；
图2是本发明的局部剖视图；
图3是本发明中挡板的剖视图。
其中，相同的标号表示相同的元件，元件标号说明如下：1-燃烧室，11-封盖部件，111-封盖本体，112-封盖隔热层，12-壳体部件，121-壳体本体，122-壳体隔热层，13-支撑台，2-点火器组件，21-控制器，22-点火电缆，23-点火器，3-点火药盒，31-药盒盖，32-药盒本体，33-点火药片，34-药盒膜片，4-喷管，41-喷管本体，42-喉衬，5-推进剂主装药，6-挡板，61-挡板本体，62-挡板膜片，7-推进剂调整垫。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图3所示，本发明提供一种快速响应的燃气动力装置，主要由燃烧室1、点火器组件2、点火药盒3、喷管4、推进剂主装药5、挡板6和推进剂调整垫7。其中燃烧室1是整个燃气动力装置的主要工作部位，也是其他部件的安装基座。点火器组件2和点火药盒3分别安装在燃烧室1的外侧和内侧，并且点火器组件2和点火药盒3相互连通；喷管4有若干个，并且均安装在燃烧室1上；推进剂主装药5设置在燃烧室1内部，并且其两端通过推进剂调整垫7固定在燃烧室内部；挡板6则安装在燃烧室上。
燃烧室1包括封盖部件11和壳体部件12，封盖部件11上留有贯穿孔，壳体部件12上则留有喷气通道；封盖部件11内侧留有便于壳体部件旋入的螺纹，二者之间通过螺纹连接，其接合处还设置有O形密封圈。封盖部件11包括封盖本体111和封盖隔热层112，其中封盖隔热层112贴合在封盖本体111的内侧；壳体部件12包括壳体本体121和壳体隔热层122，其中壳体隔热层122贴合在壳体本体121的内侧。点火器组件2有两个，它们都安装在燃烧室1的外侧，并与封盖部件11上的贯穿孔连通，以用于防止单个点火器组件2的失效引起整个燃气动力装置的失效。进一步地，在壳体部件12的内侧且环绕喷气通道设置有若干支撑台13，以用于承载推进剂主装药5。
点火器组件2包括依次连接的控制器21、点火电缆22和点火器23，其中点火器23安装在燃烧室1上，并且通过封盖部件11上的贯穿孔与点火药盒3连通，以便于通过点火器23引燃位于点火药盒3。
点火药盒3包括药盒盖31、药盒座32、点火药片33、药盒膜片34，其中药盒膜片34又包括药盒膜片Ⅰ和药盒膜片Ⅱ。药盒盖31安装在封盖部件11的贯穿孔内，药盒座32通过密封圈与药盒盖31密封且连通，并且药盒座32上还设置有若干连通孔；药盒座32内设置有点火药片33，该药盒座32的每个连通孔上均设置一药盒膜片34，并且药盒座32与点火药片33之间的空隙通过脱脂棉来填充，以防止点火药片33受潮失效，进而影响燃气动力装置的正常工作。
喷管4包括喷管本体41和喉衬42，喷管本体41与喉衬42密封连接在一起，喉衬42安装在燃烧室1上且与其连通。喉衬42采用的材料为T705高强石墨，并且喉衬42与喷管本体41通过DG-3S室温(低温)固化耐高温环氧胶粘剂粘接密封，使喷管4具有较大的硬度和较好的可靠性，从而能够其在高温高压环境下稳定工作。喷管4有四个，它们均安装在燃烧室1上。它们的中心线都在同一平面上，并且四个喷管1沿环向均匀分布。四个喷管1共用喷气通道，相比于每个喷管4单独通过一个通道连通燃烧室1，这样的结构使得四个喷管4能够同时开启四个方向的推力输出，解决了输出响应同步性差的问题。
推进剂主装药5呈环状，其一端抵接在燃烧室1的内壁上，另一端则放置在各支撑台13上，可以将推进剂主装药5固定在燃烧室1的内部，不易在运输或者使用的过程中移动。推进剂主装药5的侧面与燃烧室1的内壁之间留有间隙，以便于点火药盒3引燃点火药片33后产生的燃气进入燃烧室1。由于各支撑台13之间留有间隙，形成通孔，使得推进剂主装药5的内外侧可以连通，这样的结构可以让推进剂主装药5的内外侧同时引燃，缩小其燃烧的时间，因此能够具有较快的反应速度的同时，具备较大的输出推动力。另一方面，各支撑台13之间的间隙，有利于推进剂主装药5外侧燃烧时产生的气体能够顺利地进入喷气通道，避免在燃烧室1的内部形成局部高压，从而提高快速响应的效果。进一步地，点火药盒3伸入到推进剂主装药5的内孔中，并且其上的连通孔正对着推进剂主装药5的燃烧面，使其能够更快速的引燃推进剂主装药5，从而提高点火药盒3工作的有效性和可靠性。
挡板6包括挡板本体61和挡板膜片62，该挡板本体61上留有若干69-Φ3mm的通孔，每一通孔上均设置一挡板膜片62，并且挡板本体61设置在位于壳体部件12上的喷气通道。挡板膜片62采用0.3mm厚的硝基软片，挡板膜片62与挡板本体61之间通过铁锚101胶和DG-3S环氧胶粘接密封。该挡板膜片62一方面用于防止推进剂主装药5受潮失效，另一方面可以提高推进剂主装药5的点火可靠性，避免点火药盒3内的点火药片33燃烧后产生的燃气从喷气通道内直接排出，从而无法引燃推进剂主装药5的外侧，进而延长了推进剂主装药5的燃烧时间，降低了燃气动力装置的响应速度。
推进剂调整垫7设置在推进剂主装药5的两端，以便于调整推进剂主装药5的两端与燃烧室1的间隙。推进剂调整垫7的材料采用航空海绵橡胶，其具有很好的防震功能，能够避免燃气动力装置在运输过程或者飞行器处于飞行状态时，推进剂主装药5偏离工作位置，从而无法起到很好的响应效果。
此外，燃烧室1、挡板6的通气面积大于三倍的喷管4的通气面积，避免因推进剂主装药5产生的燃气来不及排出，导致燃烧室1内部压强升高，压强的升高促使推进剂主装药5的燃速进一步提高，从而导致燃烧室1内的产气量提高。如此循环往复，最终会引起燃烧室1的爆炸，严重影响输出性能和安全性。
通过上述结构，可以完成燃气动力装置的快速响应，其工作过程如下：在飞行器上设置有用于控制点火的控制器21，当控制器21发出的点火信号经点火电缆22达到点火器23时，点火器23启动点火，并通过连通通道引燃位于点火药盒3内的点火药片33；点火药片33燃烧释放的燃气达到一定气压后，位于点火药盒3上药盒膜片34破裂，从而使得燃气通过连通孔进入燃烧室1内，并引燃推进剂主装药5的内外侧；推进剂主装药5快速燃烧，其产生的气体达到一定压力后，位于挡板本体61上的挡板膜片62破裂，使气体能够顺利进入喷气通道；喷气通道内的气体分别通过四个喷管4喷出，输出同等大小的输出力。
本发明的燃气动力装置通过对点火药盒3、推进剂主装药5的结构和布置形式的设计，喷管4的设置方式及其与喷气通道的连接方式，来实现点火药盒3的有效工作，并缩短推进剂主装药5的燃烧时间，进而通过同步响应的喷管4将其气体喷出，从而能够达到燃气动力装置的快速响应。该燃气动力装置结构简单、紧凑、体积小，同时具有响应时间短、输出推力大等特点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，包括燃烧室(1)、点火器组件(2)、点火药盒(3)和若干喷管(4)，该燃烧室(1)内装有呈环状的推进剂主装药(5)；
所述燃烧室(1)留有相对设置的贯穿孔和喷气通道，所述燃烧室(1)内设置有若干支撑台(13)，各所述支撑台(13)沿所述喷气通道的外周分布；
所述燃烧室(1)和喷管(4)的通气面积分别是S1和S3，且S1>3S3；
所述点火器组件(2)和点火药盒(3)分别安装在所述燃烧室(1)的外侧和内侧，并且所述点火器组件(2)通过所述贯穿孔连通所述点火药盒(3)，以便于引燃位于所述点火药盒(3)内的点火药片(33)；该点火药盒(3)留有若干与推进剂主装药(5)相通的连通孔，以便于点火药片(33)燃烧后引燃推进剂主装药(5)；
推进剂主装药(5)的一端抵接于所述燃烧室(1)且其侧面与所述燃烧室(1)之间留有间隙，另一端则放置在各所述支撑台(13)上，且所述点火药盒(3)伸入到所述推进剂主装药(5)的内孔中；
各所述喷管(4)均安装在所述燃烧室(1)上且均与所述喷气通道连通，各所述喷管(4)的轴线均处于同一平面内并且它们沿环向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，还包括挡板(6)，所述挡板(6)包括留有若干均匀分布的通气孔的挡板本体(61)和设置在每个通气孔上的挡板膜片(62)，所述挡板膜片(62)采用0.3mm厚的硝基软片；所述挡板本体(61)设置在所述燃烧室(1)的喷气通道处。
3.根据权利要求2所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，所述挡板(6)的通气面积分别为S2，且S2>3S3。
4.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，各所述点火药盒(3)的连通孔上分别设置有一个药盒膜片(34)。
5.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，所述燃烧室(1)包括封盖部件(11)和壳体部件(12)，所述封盖部件(11)安装在所述壳体部件(12)上；所述封盖部件(11)包括封盖本体(111)和封盖隔热层(112)，所述封盖隔热层(112)紧贴在所述封盖本体(111)内侧；所述壳体部件(12)包括壳体本体(121)和壳体隔热层(122)，所述壳体隔热层(122)紧贴在所述壳体本体(121)内侧。
6.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，所述喷管(4)包括连通在一起的喷管本体(41)和喉衬(42)，所述喷管本体(41)通过所述喉衬(42)安装在所述燃烧室(1)上。
7.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，所述点火药盒(3)伸入推进剂主装药(5)内部，以便于更好的引燃推进剂主装药(5)。
8.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，所述喷管(4)为三个及以上。
9.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，所述点火器组件(2)有两个，它们均安装在所述燃烧室(1)上且与所述点火药盒(3)连通。
10.根据权利要求1所述的一种快速响应的燃气动力装置，其特征在于，推进剂主装药(5)的两端均设置有推进剂调整垫(7)，以便于调整推进剂主装药(5)在所述燃烧室(1)内的位置。
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