CN114233518A - 一种新型轨控发动机装置 - Google Patents

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王骏来
李明泽
刘凯
石亦琨
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Abstract

空间站生命保障系统产生氧气和氢气,为了最大限度的将人体呼吸产生二氧化碳清除掉,采用二氧化碳和氢气反应产生甲烷,再将甲烷排到太空中。在真空条件下,气氢/气氧发动机在混合比为4时,比冲最大,而甲烷/氧气发动机在混合比为3时,比冲最大。为了最大限度的利用空间站生命保障系统产生的氧气、氢气和甲烷用于轨控发动机产生推力,对生保系统和气氢、甲烷和气氧复合发动机进行总配平,实现总体平衡。新型轨控发动机采用氢气、甲烷和气氧作为推进剂。1、利用生保系统产生的氢气、甲烷和氧气作为推进剂。2、对喷注器(19)进行特别设计即可用于氢气也可用于甲烷。3、氢气甲烷氧气是按照一定化学当量进行反应,保证整个大循环平衡。4、发动机采用模块化设计,分为喷注器(19)、圆柱段燃烧室(9)和分段式喷管(15)。

Description

一种新型轨控发动机装置
技术领域
本申请公开了一种新型轨控发动机装置。
技术背景
轨控发动机对于空间飞行器在太空中变轨和机动有十分重要的作用。目前的轨控发动机仍然依赖在发射航天器时所携带燃料和氧化剂,而常温液态的推进剂如四氧化二氮和偏二甲肼组合存在比冲偏低,且有剧毒的缺点。若推进剂组合比冲偏低,航天器就需要携带更多的推进剂,但在发射总质量一定的情况下,携带过多的推进剂会挤占航天器珍贵的发射质量。而有剧毒的特性则对载人航天器中的宇航员构成了潜在危险。无毒高比冲的推进剂组合例如氢氧组合,则有储存方面的困难,氢气氧气常温皆为气态,直接携带气态氢氧则体积巨大。而液氢液氧的储存条件十分苛刻,需要极低温度,尤其是氢气沸点低至-253摄氏度,且容易泄露造成危险。
电解水发动机则为航天器的轨控发动机提供了一个新的思路,航天器在发射时可仅携带水,水的性质稳定,极易储存。航天器可利用太空中的能量(主要为太阳能)直接电解水生成气态氧气和氢气,而氢氧组合还具有高比冲的特性。而气体发动机还可以利用航天器生保系统的副产品——氢气和甲烷。进一步提高了载人航天器上的资源利用率。
本发明主要围绕气体发动机。
发明内容
本气体发动机包括模块化喷注器(19)、模块化圆柱段燃烧室(9)和模块化喷管(20),模块化喷注器氢气腔(5)、甲烷腔(6)和氧气腔(4),各腔之间通过焊接连接。
氧气和燃料(氢气,甲烷)分别由氧化剂喷嘴(7)和燃料喷嘴(8)喷入燃烧室(9),气体管路由电磁阀(12,13,14)控制,模块化圆柱段燃烧室(9) 包括三段不同长度圆柱燃烧室。
模块化喷管(20)包括一个喷管基本段(15)和三段不同长度扩张段(17)。其中不同长度扩张段(17)用于调整不同燃烧室(9)压力条件下的扩张段长度,满足不同燃烧室(9)压力时,喷管(20)出口的最佳膨胀状态。喷管(20)不同扩张段(17)调整操作由连接在连接机构(16)上的电控液压撑杆(18)完成。
发动机燃烧室(9)和喷管基本段(15)外壁焊接有冷却水道(10)用于冷却,冷却水道(10),循环泵(21)和水罐(11)组成冷却水循环。
该发动机所用氧化剂来自于空间站生保系统氧气,燃料来自于空间站生保系统副产品氢气和甲烷。燃料和氧化剂分别储存在氢气罐(2),甲烷罐(3) 和氧气罐(1)中。
这种新型发动机利用空间站生保系统副产品作为推进剂,产生推力,最大限度的提升能源利用,有利于减轻空间站轨控系统重量,空间站水资源在最大程度上得以合理的循环利用,因此基于太阳能电解水技术的气氢气氧发动机系统的研制有良好的技术基础,重点突破气氢气氧的大推力和高比冲问题。
所述的轨控发动机的推力为1000N,比冲为4000m/s。
附图说明
图1为发动机喷管结构图。
图2为发动机喷注器结构图。
图3为发动机整体结构图。

Claims (5)

1.一种新型轨控发动机装置,其特征在于:包括模块化喷注器(19)、模块化圆柱段燃烧室(9)和模块化喷管(20)。
所述模块化喷注器装置(19)包括氧腔(4)、氢气腔(5)和甲烷腔(6),各腔之间通过焊接连接。
所述模块化圆柱段燃烧室(9)包括两段相同燃烧室。
所述模块化喷管(20)包括喷管基本段(15)和三段调整段(17)组成,调整段(17)用于调整喷管(20)扩张段长度。
2.根据权利要求1所述的一种新型轨控发动机装置,其特征在于所述喷管扩张段(17)采用分段设计,扩张段(17)长度可以调整。
3.根据权利要求1所述的一种新型轨控发动机装置,其特征在于所述模块化喷注器装置(19)既可以只喷氢气,也可以只喷甲烷,也可以同时喷射。通过电磁阀控制(12,13,14)。氧气,氢气和甲烷分别储存在氧气罐(1),氢气罐(2)和甲烷罐(3)中。
4.根据权利要求1所述的一种新型轨控发动机装置,其特征在于所用推进剂来自于空间站生保系统副产品氢气、甲烷和氧气。
5.根据权利要求4所述的一种新型轨控发动机装置,其特征在于所用推进剂氢气、甲烷和氧气之间混合比按照生保系统、气氢/气氧发动机和气氧/甲烷发动机最大比冲混合比综合确定,保证气氢、甲烷和氧气消耗完全。
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Citations (6)

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