CN114837849A - 一种粉末液体冲压组合发动机及控制方法 - Google Patents

一种粉末液体冲压组合发动机及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉末液体冲压组合发动机及控制方法，发动机包括自上而下一体装配的粉液存储箱、补燃室和喷管；所述补燃室外侧与冲压进气管相连，且冲压进气管上部通过电动螺旋推进器与粉液存储箱连接；所述粉液存储箱内部设有橡胶囊，内部装有粉液推进剂；所述补燃室内部装有火箭推进剂；所述粉液存储箱上部设有连通橡胶囊和冲压进气管的压力导管，压力导管中间设置有控制通管路通断的电磁阀；本发明通过使用小粒度的粉末推进剂，比表面积大，利于提高燃烧效率，同时在粉末颗粒间隙中填充挥发性液体推进剂，填充率高；此外采用先在冲压进气道内预混合，再进入冲压燃烧室进一步混合燃烧，混合更加充分均匀。

Description

一种粉末液体冲压组合发动机及控制方法
技术领域
本发明涉及火箭冲压发动机设计技术领域，主要涉及一种粉末液体冲压组合发动机及控制方法。
背景技术
现有技术中的粉末冲压发动机是指以粉末物质为燃料，以环境物质如空气、水等为氧化剂的发动机，其中氧化剂的捕获依靠高速冲压作用来实现。粉末冲压发动机的优点是：燃料密度大，比冲高，流量调节比大。粉末冲压发动机的三个关键技术为：高填充率的推进剂配方技术；输送及流量调节技术和高效燃烧技术。目前粉末粒度大小与粉末流化调控往往有矛盾关系。正推活塞流化床装置是行之有效的粉末输送方法，但调控流量稳定性不够；另外要求粉末颗粒不能太小，否则会堵塞；但是颗粒过大，影响装填率。另外粒度过大，降低了粉末推进剂的比表面积，进而影响燃烧效率。
发明内容
发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种粉末液体冲压组合发动机及控制方法，通过构建粉液推进剂预混合回路，为火箭发动机提供一种更高效的动力推进装置，同时通过粉末推进剂和挥发性液体推进剂混合，获得更高的燃烧效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种粉末液体冲压组合发动机，包括自上而下一体装配的粉液存储箱、补燃室和喷管；所述补燃室外侧与冲压进气管相连，且冲压进气管上部通过电动螺旋推进器与粉液存储箱连接；所述粉液存储箱内部设有橡胶囊，内部装有粉液推进剂；所述补燃室内部装有火箭推进剂；所述粉液存储箱上部设有连通橡胶囊和冲压进气管的压力导管，压力导管中间设置有控制通管路通断的电磁阀。
进一步地，所述粉液存储箱顶部还设有动力电池；所述动力电池通过导线分别连接电磁阀和电动螺旋推进器。
进一步地，所述压力导管与冲压进气管连接处压力大于电动螺旋推进器与冲压进气管连接处的压力。
进一步地，所述粉液推进剂由粉末和液体推进剂均匀混合制成，通过液体推进剂填充粉末间隙；所述粉末粒度小于50um。
进一步地，所述液体推进剂选择乙醇。
进一步地，所述电动螺旋推进器包括两个相同的子推进器。
一种基于上述任一项所述的粉末液体冲压组合发动机的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、首先通过控制系统控制固体火箭发动机工作，对补燃室中的火箭推进剂进行点火，火箭加速；
步骤S2、当火箭加速至粉末液体冲压组合发动机工作的速度范围时，控制系统控制电磁阀打开，橡胶囊顶端通过压力导管连通至冲压进气管；同时控制系统驱动电动螺旋推进器以固定转速工作，将橡胶囊中的粉液推进剂输送至冲压进气管；粉液推进剂中的液体部分挥发并与空气预混合，粉末部分在冲压进气道内与预混合后的空气进一步混合，供给冲压发动机工作；
步骤S3、空气与粉液推进剂的混合物进入补燃室，随着气流运动进一步混合，并充分燃烧，产生高温燃气从喷管喷出，产生火箭动力。
有益效果：
(1)本发明使用小粒度的粉末推进剂，比表面积大，利于提高燃烧效率；同时在粉末颗粒间隙中填充挥发性液体推进剂，填充率高，发动机比冲大；
(2)本发明采用先在冲压进气道内预混合，再进入冲压燃烧室进一步混合燃烧，混合充分均匀，燃烧效率高，有利于提高比冲；
(3)本发明通过采用电动螺旋推挤器，推进效率高，控制精度高，精准的推进剂送入量可实现发动机推力的精准控制。
(4)本发明粉液推进剂在橡胶囊中包裹，密封性好，可长时间储存。
附图说明
图1是本发明提供的粉末液体冲压组合发动机结构示意图；
图2是本发明提供的粉末液体冲压组合发动机结构剖视图；
图3是本发明提供的粉末液体冲压组合发动机控制原理图；
图4是本发明提供的粉末液体冲压组合发动机工作原理图。
附图标记说明：
1-粉液存储箱；1.1-橡胶囊；2-补燃室；3-冲压进气管；4-喷管；5-电动螺旋推进器；6-动力电池；7-电磁阀；8-压力导管；8.1-压力导管接口；9-第一导线；10-第二导线；11-粉液推进剂；12-火箭推进剂；13-控制系统；14-固体火箭点火器；15-压力腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例首先提供了一种粉末液体冲压组合发动机结构，具体如图1-2所示，包括自上而下一体装配的粉液存储箱1、补燃室2和喷管4。补燃室2外侧与冲压进气管3相连，且冲压进气管3上部通过电动螺旋推进器5与粉液存储箱1连接。电动螺旋推进器5将橡胶囊1.1和冲压进气管3连通，同时主动精准地将粉液推进剂11输送入冲压进气管3中。动螺旋推进器5通过控制其转速来控制粉液推进剂11的供给量，转速与推进量稳定且精准。为了在有限的空间内，提高粉液推进剂11的输送量，本实施例采用2个子推进器共同作为动螺旋推进器5的构成部件。
粉液存储箱1内部设有橡胶囊1.1，内部装有粉液推进剂11。粉液推进剂11在橡胶囊1.1中包裹，密封性好，可长时间储存。补燃室2内部装有火箭推进剂12。粉液存储箱1上部设有连通橡胶囊1.1和冲压进气管3的压力导管8，压力导管8中间设置有控制通管路通断的电磁阀7。
本实施例中压力导管8与冲压进气管3在压力导管接口8.1的压力大于电动螺旋推进器5与冲压进气管3连接处的压力。具体到结构上，相对于电动螺旋推进器5在冲压进气管3的位置，橡胶囊1.1顶部受电磁阀7控制的压力导管8在冲压进气管3上的压力导管接口8.1位置必须在冲压进气管3内压力更高的位置。
当粉液推进剂11送入冲压进气管3时，电磁阀7打开，橡胶囊1.1与冲压进气管3连通且压力大于电动螺旋推进器与冲压进气管的连接位置，形成压力回路，便于粉液推进剂11持续且更容易的被输送，同时一定程度减小电动螺旋推进器5的能耗。
本实施例中粉液存储箱1顶部还设有动力电池6。动力电池6通过第一导线9连接电磁阀7，通过第二导线10和电动螺旋推进器5相连，用于供电。电磁阀7和电动螺旋推进器5均由控制系统13控制。
本实施例中的粉液推进剂11是由粉末和液体推进剂均匀混合而成，液体推进剂主要作为填充粉末间的孔隙，占比较小，主要起到提高粉末流动性的作用，同时提高了推进剂的填充率。
本发明中采用的液体推进剂为乙醇，在橡胶囊1.1存储时为液体，当期进入冲压进气管3后，立刻挥发与空气充分混合，提高燃烧效率。但是其他液体推进剂也可以满足要求，亦属于保护范围内。采用的粉末推进剂为粒度更小的粉末推进剂，更小的粉末会有更高的填充率、更小的质量，意味着更高效、更均匀的与空气混合。粒度越小，比表面积越大，意味着更高效的燃烧效率。本实施例中采用的粉末粒度小于50um。
本实施例还提供一种基于上述粉末液体冲压组合发动机的控制方法，如图3-4所示，具体包括以下步骤：
步骤S1、首先通过控制系统13控制固体火箭点火器14工作，对补燃室中的火箭推进剂进行12点火，固体火箭发动机工作，火箭加速。
步骤S2、当火箭加速至粉末液体冲压组合发动机工作的速度范围时，控制系统13控制电磁阀7打开，橡胶囊1.1顶端通过压力导管8连通至冲压进气管3。同时控制系统13驱动电动螺旋推进器5以一定转速工作，将橡胶囊1.1中的粉液推进剂11输送至冲压进气管3。粉液推进剂11中的液体部分首先挥发并与空气预混合，随后粉末部分与预混合后的气体在冲压进气管内进一步混合，进而供给冲压发动机工作。
步骤S3、空气与粉液推进剂的混合物进入补燃室2，随着气流运动进一步混合，并充分燃烧，产生高温燃气从喷管4喷出，产生火箭动力。
随着燃料的消耗，粉液存储箱1上部则会形成压力腔15，从冲压进气管3向压力腔15内导入高压空气，促进燃料持续稳定输出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种粉末液体冲压组合发动机，其特征在于，包括自上而下一体装配的粉液存储箱、补燃室和喷管；所述补燃室外侧与冲压进气管相连，且冲压进气管上部通过电动螺旋推进器与粉液存储箱连接；所述粉液存储箱内部设有橡胶囊，内部装有粉液推进剂；所述补燃室内部装有火箭推进剂；所述粉液存储箱上部设有连通橡胶囊和冲压进气管的压力导管，压力导管中间设置有控制通管路通断的电磁阀。
2.根据权利要求1所述的一种粉末液体冲压组合发动机，其特征在于，所述粉液存储箱顶部还设有动力电池；所述动力电池通过导线分别连接电磁阀和电动螺旋推进器。
3.根据权利要求1所述的一种粉末液体冲压组合发动机，其特征在于，所述压力导管与冲压进气管连接处压力大于电动螺旋推进器与冲压进气管连接处的压力。
4.根据权利要求1所述的一种粉末液体冲压组合发动机，其特征在于，所述粉液推进剂由粉末和液体推进剂均匀混合制成，通过液体推进剂填充粉末间隙；所述粉末粒度小于50um。
5.根据权利要求4所述的一种粉末液体冲压组合发动机，其特征在于，所述液体推进剂选择乙醇。
6.根据权利要求1所述的一种粉末液体冲压组合发动机，其特征在于，所述电动螺旋推进器包括两个相同的子推进器。
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的粉末液体冲压组合发动机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、首先通过控制系统控制固体火箭发动机工作，对补燃室中的火箭推进剂进行点火，火箭加速；
步骤S2、当火箭加速至粉末液体冲压组合发动机工作的速度范围时，控制系统控制电磁阀打开，橡胶囊顶端通过压力导管连通至冲压进气管；同时控制系统驱动电动螺旋推进器以固定转速工作，将橡胶囊中的粉液推进剂输送至冲压进气管；粉液推进剂中的液体部分挥发并与空气预混合，粉末部分在冲压进气道内与预混合后的空气进一步混合，进而供给冲压发动机工作；
步骤S3、空气与粉液推进剂的混合物进入补燃室，随着气流运动进一步混合，并充分燃烧，产生高温燃气从喷管喷出，产生火箭动力。
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