CN114233518A - 一种新型轨控发动机装置 - Google Patents
一种新型轨控发动机装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114233518A CN114233518A CN202111481593.4A CN202111481593A CN114233518A CN 114233518 A CN114233518 A CN 114233518A CN 202111481593 A CN202111481593 A CN 202111481593A CN 114233518 A CN114233518 A CN 114233518A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogen
- methane
- oxygen
- engine
- modular
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 8
- 239000007921 spray Substances 0.000 abstract description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 2
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dimethyhydrazine Chemical compound CN(C)N RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/44—Feeding propellants
- F02K9/52—Injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
- F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
- F02K9/62—Combustion or thrust chambers
- F02K9/64—Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/97—Rocket nozzles
- F02K9/972—Fluid cooling arrangements for nozzles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111481593.4A CN114233518A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种新型轨控发动机装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111481593.4A CN114233518A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种新型轨控发动机装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114233518A true CN114233518A (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=80753537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111481593.4A Pending CN114233518A (zh) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 一种新型轨控发动机装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114233518A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4387564A (en) * | 1980-10-03 | 1983-06-14 | Textron Inc. | Extendible rocket engine exhaust nozzle assembly |
| US5048289A (en) * | 1989-06-15 | 1991-09-17 | Rockwell International Corporation | Extendible nozzle |
| RU2116491C1 (ru) * | 1996-03-26 | 1998-07-27 | Исследовательский центр им.М.В.Келдыша | Способ работы жидкостного ракетного двигателя и жидкостный ракетный двигатель |
| RU2502886C1 (ru) * | 2012-06-27 | 2013-12-27 | Владимир Викторович Черниченко | Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного жидкостного ракетного двигателя |
| CN110439710A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-12 | 西北工业大学 | 一种变工况液体火箭发动机推力室 |
| CN112501632A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 北京星途探索科技有限公司 | 基于太阳能电解水的轨控发动机系统的研究 |
-
2021
- 2021-12-03 CN CN202111481593.4A patent/CN114233518A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4387564A (en) * | 1980-10-03 | 1983-06-14 | Textron Inc. | Extendible rocket engine exhaust nozzle assembly |
| US5048289A (en) * | 1989-06-15 | 1991-09-17 | Rockwell International Corporation | Extendible nozzle |
| RU2116491C1 (ru) * | 1996-03-26 | 1998-07-27 | Исследовательский центр им.М.В.Келдыша | Способ работы жидкостного ракетного двигателя и жидкостный ракетный двигатель |
| RU2502886C1 (ru) * | 2012-06-27 | 2013-12-27 | Владимир Викторович Черниченко | Способ подачи компонентов топлива в камеру трехкомпонентного жидкостного ракетного двигателя |
| CN110439710A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-12 | 西北工业大学 | 一种变工况液体火箭发动机推力室 |
| CN112501632A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 北京星途探索科技有限公司 | 基于太阳能电解水的轨控发动机系统的研究 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11181076B2 (en) | Rocket engine bipropellant supply system including an electrolyzer | |
| CA1141974A (en) | Energy storage system for electric utility plant | |
| DK1506590T3 (da) | Apparat til lagring af hydrogenbaseret energi og fremgangsmåde | |
| CN112501632A (zh) | 基于太阳能电解水的轨控发动机系统的研究 | |
| CN109162831A (zh) | 固液动力发动机及应用其的火箭 | |
| CN113404621A (zh) | 火星上升飞行器用固液混合发动机及方法 | |
| CN105134318A (zh) | 基于氢气-蒸汽涡轮复合循环的储能装置 | |
| KR101009498B1 (ko) | 수소-산소 이원추진제 로켓 엔진과 그 추진 방법 | |
| CN110406699A (zh) | 用于空间动力系统的推进与发电一体化装置及其操作方法 | |
| CN114233518A (zh) | 一种新型轨控发动机装置 | |
| Burke | Unitized regenerative fuel cell system development | |
| CN110127089B (zh) | 一种应用于高轨卫星的水基推进系统及方法 | |
| CN209782244U (zh) | 一种气电氢综合能源供应系统 | |
| CN111927648A (zh) | 一种基于无毒环保推进剂的轨姿控集成动力系统 | |
| CN114776479B (zh) | 一种氧化亚氮煤油双组元液体火箭发动机动力系统 | |
| Harmansa et al. | Development of a Water Propulsion System for Small Satellites | |
| CN115614184A (zh) | 一种小型蒸汽发生器 | |
| CN216361280U (zh) | 一种盐穴储氢与天然气耦合输送系统 | |
| CN114709456A (zh) | 一种深海作业平台燃料电池能源系统 | |
| US20140182265A1 (en) | Rocket Propulsion Systems, and Related Methods | |
| RU2673920C1 (ru) | Способ создания реактивной тяги пилотируемого космического аппарата | |
| US7896987B2 (en) | High energy, low temperature gelled bi-propellant formulation | |
| WO1990014668A2 (en) | Cold fusion propulsion apparatus and energy generating apparatus | |
| RU2537663C1 (ru) | Реактивное судно на воздушной подушке | |
| RU2717729C2 (ru) | Многотопливная жидкостная реактивная двигательная установка, работающая на однокомпонентных топливах |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220325 |