CN115419522A - 高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空航天设备技术领域，尤其是涉及一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构。其包括热防护组件；热防护组件设置于所述催化床外壳的内侧壁且围设有热防护空间，当液体氧化剂经过催化剂时，依次通过第二催化空间以及热防护空间才能抵达燃烧室内，即热防护空间用于增加燃烧组件与催化组件之间的距离，也就是说，热防护空间增加了液体氧化剂与药柱反应产生的燃气回流的返回路径，避免燃气回流对催化组件的对流换热，从而起到绝热的作用；燃烧室外壳与至少部分所述催化床外壳通过螺钉连接；耐热层朝向热防护组延伸形成延伸部，延伸部能够覆盖燃烧室外壳与催化床外壳之间的缝隙，即耐热层能够防止燃气回流时，燃气通过缝隙破坏催化组件。

Description

高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构

技术领域

本申请涉及航空航天设备技术领域，尤其是涉及一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构。

背景技术

目前，高浓度过氧化氢催化床是先进固液动力技术的核心分系统之一，催化床和催化反应室是其中的关键组件，对动力系统工作载荷、变工况动力输出、应用寿命以及稳定性与可靠性有决定性影响。

过氧化氢催化床的工作原理是过氧化氢到达催化反应室，通过其中催化床的化学触发作用，实现快速分解反应，将过氧化氢化学键合的氧高效释放出来，同步将“存储”在化学键内的化学能转化为热能，为下游固体推进剂燃烧提供氧源，并为固态药柱点火提供能源。过氧化氢催化床可以有效实现固液火箭发动机的多次点火，特别适用于有多次启停需求的固液火箭发动机。

固液火箭发动机工作过程中，由于燃气回流会使得前燃室温度达到3000℃左右，同时形成富氧气氛，因此催化床与燃烧室的绝热设计是过氧化氢催化床设计需要解决的关键问题。

因此，亟需一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，在一定程度上以解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，以在一定程度上解决现有技术中存在的燃气回流会对催化床造成一定的破坏的技术问题。

本申请提供了一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，包括顺次连通的氧化剂供给组件、催化组件以及燃烧组件；所述催化组件包括催化床外壳；所述燃烧组件包括燃烧室外壳以及设置于所述燃烧室外壳的内侧壁的耐热层；所述高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构还包括热防护组件；

所述热防护组件设置于所述催化床外壳的内侧壁且围设有热防护空间，所述热防护空间用于增加所述燃烧组件与所述催化组件之间的距离；

所述燃烧室外壳与至少部分所述催化床外壳连接；所述耐热层朝向所述热防护组延伸形成延伸部，所述延伸部能够覆盖所述燃烧室外壳与所述催化床外壳之间的缝隙。

在上述技术方案中，进一步地，所述热防护组件包括第一热防护筒和第二热防护筒；

所述第一热防护筒套设所述第二热防护筒且所述第一热防护筒与所述第二热防护筒错位排布，使得所述第一热防护筒在靠近所述氧化剂供给组件一侧凸出于所述第二热防护筒的部分形成第一限位部且所述第一热防护筒在远离所述氧化剂供给组件一侧凹陷于所述第二热防护筒的部分形成第一限位槽；

所述催化床的内侧壁开设有第一安装槽且靠近所述氧化剂供给组件的一侧开设有第二限位槽；所述热防护组件安装于所述第一安装槽，且所述第一限位部能够卡接至所述第二限位槽以使所述热防护组件固定于所述催化床外壳。

在上述技术方案中，进一步地，所述延伸部朝向所述热防护组件延伸形成有第二限位部，所述第二限位部能够卡接至所述第一限位槽内以使所述耐热层固定于所述热防护组件。

在上述技术方案中，进一步地，所述热防护组件包括第一热防护筒和第二热防护筒；

所述第一热防护筒套设所述第二热防护筒且所述第一热防护筒与所述第二热防护筒错位排布；使得所述第一热防护筒在靠近所述氧化剂供给组件一侧凹陷于所述第二热防护筒的部分形成第三限位槽且在远离所述氧化剂供给组件一侧凸出于所述第二热防护筒的部分形成第三限位部；

所述催化床的内侧壁开设有第二安装槽且靠近所述氧化剂供给组件的一侧形成有第四限位部；所述热防护组件安装于所述第二安装槽，且所述第四限位部能够卡接至所述第三限位槽内以使所述热防护组件固定于所述催化床外壳。

在上述技术方案中，进一步地，所述延伸部朝向所述热防护组件的一侧凹陷形成有第四限位槽，所述第三限位部能够卡接至所述第四限位槽内以使所述耐热层固定于所述热防护组件。

在上述技术方案中，进一步地，所述催化组件包括催化构件；

所述催化组件具有第一催化空间和与所述第一催化空间导通的第二催化空间；

所述催化构件位于所述第一催化空间内；

所述延伸部围设有耐热空间；

所述第二催化空间沿第一方向的长度、所述热防护空间沿所述第一方向的长度以及所述耐热空间沿所述第一方向的长度的总和大于等于二倍的所述第一催化空间沿所述第一方向的长度。

在上述技术方案中，进一步地，所述耐热层的厚度与所述第一热防护筒和所述第二热防护筒的厚度之和相等。

在上述技术方案中，进一步地，所述热防护组件还包括第一连接件和防护件；

所述第一热防护筒沿所述热防护空间的轴线方向开设有梯形孔，所述梯形孔具有第一定位部和与所述第一定位部连通的第二定位部；

所述连接件通过所述梯形孔且于所述第一定位部能够将所述第一热防护筒旋紧于所述催化床外壳；

当所述连接件定位于所述第一定位部时，所述防护件设置于所述第二定位部。

在上述技术方案中，进一步地，所述缝隙处设置有密封圈。

在上述技术方案中，进一步地，所述氧化剂供给组件包括头盖；

所述头盖远离所述催化组件的一端开设有氧化剂入口；

所述头盖与所述催化组件围设有液体储存腔，且所述液体储存腔内设置有支撑环；

通过所述氧化剂入口能够向所述液体储存腔内通入液体氧化剂。

与现有技术相比较，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，包括顺次连通的氧化剂供给组件、催化组件以及燃烧组件；所述催化组件包括催化床外壳；所述燃烧组件包括燃烧室外壳以及设置于所述燃烧室外壳的内侧壁的耐热层；所述高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构还包括热防护组件；

所述热防护组件设置于所述催化床外壳的内侧壁且围设有热防护空间，当液体氧化剂经过催化网中的催化剂时，依次通过第二催化空间以及热防护空间才能抵达燃烧室内，即所述热防护空间用于增加所述燃烧组件与所述催化组件之间的距离，也就是说，热防护空间增加了液体氧化剂与药柱反应产生的燃气回流的返回路径，避免燃气回流对催化组件的对流换热，从而起到绝热的作用；

另外，所述燃烧室外壳与至少部分所述催化床外壳通过连接螺钉连接；所述耐热层朝向所述热防护组延伸形成延伸部，所述延伸部能够覆盖所述燃烧室外壳与所述催化床外壳之间的缝隙，即耐热层能够防止燃气回流时，燃气通过缝隙破坏催化组件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构的平面结构示意图；

图2为图1中的A-A剖视图；

图3为图2中的A处的结构放大图；

图4为本申请实施例一提供的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构中的氧化剂供给组件、催化组件、热防护组件以及部分燃烧组件；

图5为本申请实施例一提供的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构中的氧化剂供给组件、催化组件以及热防护组件的结构示意图；

图6为本申请实施例一提供的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构中的氧化剂供给组件以及催化组件的结构示意图；

图7为本申请实施例一提供的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构中的热防护组件在第一视角下的结构示意图；

图8为本申请实施例一提供的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构中的热防护组件在第二视角下的结构示意图。

附图标记：103-催化床外壳；105-燃烧室外壳；106-耐热层；107-延伸部；108-耐热空间；109-热防护空间；110-第一热防护筒；111-第二热防护筒；112-第一限位部；113-第一限位槽；115-第二限位槽；116-第二限位部；118-第二催化空间；119-第一方向；120-第一连接件；121-防护件；122-密封圈；123-头盖；124-液体氧化剂入口；125-液体储存腔；126-支撑环；127-催化网外壳；128-液体喷注板；129-催化网；130-气体喷注板；131-连接螺钉。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

结合图1-图8所示，描述实施例一中提供的一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，包括顺次连通的氧化剂供给组件、催化组件以及燃烧组件；具体地，所述氧化剂供给组件包括头盖123；所述头盖123远离所述催化组件的一端开设有液体氧化剂入口124，所述头盖123与所述催化组件围设有液体储存腔125；液体氧化剂能够通过氧化剂入口进入至液体储存腔125内，在液体储存腔125内存储。

具体地，所述催化组件包括催化床外壳103；所述催化床外壳103围设有第一催化空间和第二催化空间118，所述第一催化空间内设置有催化网外壳127，催化网外壳127围设有安装空间，所述安装空间安装有催化构件，所述催化构件内从靠近所述氧化剂供给组件到所述燃烧组件的方向依次排布有液体喷注板128、催化网129以及气体喷注板130。

进一步地，当液体氧化剂从氧化剂供给组件并经过液体喷注板128抵达至催化网129时，在催化网129内的催化剂的作用下，能够将液体氧化剂分解为高温的氧化剂气体，氧化剂气体最终抵达至燃烧组件内。

进一步地，所述液体储存腔125内设置有支撑环126，支撑环126的一端抵接在头盖123的内侧壁上，支撑环126靠近液体喷注板128一端设置有第三凸起部，所述液体喷注板128上开设有限位卡槽，所述第三凸起部与所述限位卡槽一一对应设置，通过第三凸起部与限位卡槽的卡接作用以使支撑环126固定于液体储存腔125内。

进一步地，所述液体喷注板128上设置有喷注孔和加劲条，气体喷注孔周向上分多层布置，每层周向均布，总开孔率要求大于80％，以保障压降较小。更进一步地，所述喷注采取阶梯孔，经过试验收缩比一般选取为6-12，雾化效果较好。

具体地，所述燃烧组件包括燃烧室外壳105以及贴敷于所述燃烧室外壳105的内侧壁的耐热层106。

在该实施例中，所述高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构还包括热防护组件；所述热防护组件设置于所述催化床外壳103的内侧壁且围设有热防护空间109，当液体氧化剂经过催化网129时，依次通过第二催化空间118以及热防护空间109才能抵达燃烧室内，即所述热防护空间109用于增加所述燃烧组件与所述催化组件之间的距离，也就是说，热防护空间109增加了液体氧化剂与药柱反应产生的燃气回流的返回路径，避免燃气回流对催化组件的对流换热，从而起到绝热的作用；

另外，所述燃烧室外壳105与至少部分所述催化床外壳103通过连接螺钉131连接；所述耐热层106朝向所述热防护组延伸形成延伸部107，所述延伸部107能够覆盖所述燃烧室外壳105与所述催化床外壳103之间的缝隙，即耐热层106能够防止燃气回流时，燃气通过缝隙破坏催化组件。

在该实施例中，所述热防护组件包括第一热防护筒110和第二热防护筒111；所述第一热防护筒110套设所述第二热防护筒111且所述第一热防护筒110与所述第二热防护筒111错位排布，使得所述第一热防护筒110在靠近所述氧化剂供给组件一侧凸出于所述第二热防护筒111的部分形成第一限位部112且所述第一热防护筒110在远离所述氧化剂供给组件一侧凹陷于所述第二热防护筒111的部分形成第一限位槽113；

所述催化床的内侧壁开设有第一安装槽且靠近所述氧化剂供给组件的一侧开设有第二限位槽115；所述热防护组件安装于所述第一安装槽，且所述第一限位部112能够卡接至所述第二限位槽115以使所述热防护组件固定于所述催化床外壳103。

具体地，所述延伸部107朝向所述热防护组件延伸形成有第二限位部116，所述第二限位部116能够卡接至所述第一限位槽113内以使所述耐热层106固定于所述热防护组件。

综上，所述热防护组件与催化床外壳103的连接方式可以理解为是一种定位台肩的定位方式；所述耐热层106与热防护组件的连接方式也可以理解为是一种定位台肩的定位方式；此种定位台肩的定位方式能够增燃气回流抵达缝隙的路径，有助于隔热。

在该实施例中，所述耐热层106优选采用橡胶材料，所述延伸部107围设有耐热空间108，此耐热空间108可以理解为橡胶隔离段；所述防护组件(第一热防护筒110和第二热防护筒111)优选采用高硅氧/酚醛树脂复合材料，即由防护组件构成的耐热空间108可以理解为高硅氧隔离段；所述催化床外壳103优选采用高温合金材料，即由防护组件构成的第二催化空间118可以理解为高温合金隔离段；也就是说，当燃气回流时，会依次经过橡胶隔离段、高硅氧隔离段以及高温合金隔离段才能抵达催化网129，此路径较长，进一步延长催化网129出口到燃烧室的距离，经过反复实验可知，此结构能够有效防止因燃气回流而破坏催化网129，可以保障发动机长时间工作可靠。

除此之外，所述橡胶隔离段沿第一方向119的长度、所述高硅氧隔离段沿所述第一方向119的长度以及所述高温合金隔离段沿所述第一方向119的长度的总和大于等于二倍的所述第一催化空间沿所述第一方向119的长度。可以避免长时间工作过程中前燃室3000℃左右的燃气回流对催化床及其密封结构的传热过多，导致结构失效。

值得注意的是：上述的第一方向119是指按照图3放置氧化剂供给组件、催化组件以及燃烧组件时的竖直方向。

在该实施例中，所述耐热层106的厚度与所述第一热防护筒110和所述第二热防护筒111的厚度之和相等，即耐热层106的厚度较厚，能够抵抗燃气回来的反复冲击磨损，可以保障长时间工作条件下的可靠隔热。

在该实施例中，所述热防护组件还包括第一连接件120和防护件121；优选地，第一连接件120为紧固螺钉，防护件121为绝热塞子，121绝热塞子也采用高硅氧/酚醛树脂复合材料，所述第一热防护筒110沿所述热防护空间109的轴线方向开设有梯形孔，所述梯形孔具有第一定位部和与所述第一定位部连通的第二定位部；所述紧固螺钉通过所述梯形孔且于所述第一定位部能够将所述第一热防护筒110旋紧于所述催化床外壳103；当所述紧固螺钉定位于所述第一定位部时，在绝热塞子上涂抹高温腻子并将其固定在所述第二定位部，即实现利用绝热塞子填充紧固螺钉安装过程中产生的空隙(第二定位部)，避免燃气从此空隙侵入。

另外，第一热防护筒110采用紧固螺钉的连接方式连接至催化床外壳103上，在保障第一热防护筒110与催化床外壳103可靠连接的同时，能够简单地实现的热防护组件安装及卸载，显著提升试验效率。

在该实施例中，所述缝隙处设置有密封圈122，优选地，所述密封圈122为紫铜密封圈122；在实际的工作过程中，由于耐热层106的长时间使用(燃气回流反复冲击耐热层106)，其存在被磨损的情况，磨损会导致耐热层106越来越薄，为了防止燃气回流冲破耐热层106后经过燃烧室外壳105与催化床外壳103之间的缝隙导流至催化网129内而破坏催化网129，进而在所述催化床外壳103与所述燃烧室外壳105的连接处还设置有密封圈122，利用密封圈122密封燃烧室外壳105与催化床外壳103之间的缝隙，防止燃气回流通过此间隙倒流至催化网129；综上，采用密封圈122能够显著提高高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构的工作能力，保障工作时间内可靠和稳定。

实施例二

该实施例二中高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构是在上述实施例基础上的改进，上述实施例中公开的技术内容不重复描述。

在该实施例中，所述热防护组件包括第一热防护筒110和第二热防护筒111；所述第一热防护筒110套设所述第二热防护筒111且所述第一热防护筒110与所述第二热防护筒111错位排布；使得所述第一热防护筒110在靠近所述氧化剂供给组件一侧凹陷于所述第二热防护筒111的部分形成第三限位槽且在远离所述氧化剂供给组件一侧凸出于所述第二热防护筒111的部分形成第三限位部；

所述催化床的内侧壁开设有第二安装槽且靠近所述氧化剂供给组件的一侧形成有第四限位部；所述热防护组件安装于所述第二安装槽，且所述第四限位部能够卡接至所述第三限位槽内以使所述热防护组件固定于所述催化床外壳103。

具体地，所述延伸部107朝向所述热防护组件的一侧凹陷形成有第四限位槽，所述第三限位部能够卡接至所述第四限位槽内以使所述耐热层106固定于所述热防护组件。

综上，所述热防护组件与催化床外壳103的连接方式可以理解为是一种定位台肩的定位方式；所述耐热层106与热防护组件的连接方式也可以理解为是一种定位台肩的定位方式；此种定位台肩的定位方式能够增燃气回流抵达缝隙的路径，有助于隔热。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，包括顺次连通的氧化剂供给组件、催化组件以及燃烧组件；所述催化组件包括催化床外壳；所述燃烧组件包括燃烧室外壳以及设置于所述燃烧室外壳的内侧壁的耐热层；其特征在于，所述高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构还包括热防护组件；

所述热防护组件设置于所述催化床外壳的内侧壁且围设有热防护空间，所述热防护空间用于增加所述燃烧组件与所述催化组件之间的距离；

所述燃烧室外壳与至少部分所述催化床外壳连接；所述耐热层朝向所述热防护组延伸形成延伸部，所述延伸部能够覆盖所述燃烧室外壳与所述催化床外壳之间的缝隙。

2.根据权利要求1所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述热防护组件包括第一热防护筒和第二热防护筒；

所述第一热防护筒套设所述第二热防护筒且所述第一热防护筒与所述第二热防护筒错位排布，使得所述第一热防护筒在靠近所述氧化剂供给组件一侧凸出于所述第二热防护筒的部分形成第一限位部且所述第一热防护筒在远离所述氧化剂供给组件一侧凹陷于所述第二热防护筒的部分形成第一限位槽；

所述催化床的内侧壁开设有第一安装槽且靠近所述氧化剂供给组件的一侧开设有第二限位槽；所述热防护组件安装于所述第一安装槽，且所述第一限位部能够卡接至所述第二限位槽以使所述热防护组件固定于所述催化床外壳。

3.根据权利要求2所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述延伸部朝向所述热防护组件延伸形成有第二限位部，所述第二限位部能够卡接至所述第一限位槽内以使所述耐热层固定于所述热防护组件。

4.根据权利要求1所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述热防护组件包括第一热防护筒和第二热防护筒；

所述第一热防护筒套设所述第二热防护筒且所述第一热防护筒与所述第二热防护筒错位排布；使得所述第一热防护筒在靠近所述氧化剂供给组件一侧凹陷于所述第二热防护筒的部分形成第三限位槽且在远离所述氧化剂供给组件一侧凸出于所述第二热防护筒的部分形成第三限位部；

所述催化床的内侧壁开设有第二安装槽且靠近所述氧化剂供给组件的一侧形成有第四限位部；所述热防护组件安装于所述第二安装槽，且所述第四限位部能够卡接至所述第三限位槽内以使所述热防护组件固定于所述催化床外壳。

5.根据权利要求4所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，

所述延伸部朝向所述热防护组件的一侧凹陷形成有第四限位槽，所述第三限位部能够卡接至所述第四限位槽内以使所述耐热层固定于所述热防护组件。

6.根据权利要求1所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述催化组件包括催化构件；

所述催化组件具有第一催化空间和与所述第一催化空间导通的第二催化空间；

所述催化构件位于所述第一催化空间内；

所述延伸部围设有耐热空间；

所述第二催化空间沿第一方向的长度、所述热防护空间沿所述第一方向的长度以及所述耐热空间沿所述第一方向的长度的总和大于等于二倍的所述第一催化空间沿所述第一方向的长度。

7.根据权利要求3或5中所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述耐热层的厚度与所述第一热防护筒和所述第二热防护筒的厚度之和相等。

8.根据权利要求2-5中任意一项所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述热防护组件还包括第一连接件和防护件；

所述第一热防护筒沿所述热防护空间的轴线方向开设有梯形孔，所述梯形孔具有第一定位部和与所述第一定位部连通的第二定位部；

所述连接件通过所述梯形孔且于所述第一定位部能够将所述第一热防护筒旋紧于所述催化床外壳；

当所述连接件定位于所述第一定位部时，所述防护件设置于所述第二定位部。

9.根据权利要求1所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述缝隙处设置有密封圈。

10.根据权利要求2所述的高可靠固液火箭发动机催化床热防护结构，其特征在于，所述氧化剂供给组件包括头盖；

所述头盖远离所述催化组件的一端开设有氧化剂入口；

所述头盖与所述催化组件围设有液体储存腔，且所述液体储存腔内设置有支撑环；

通过所述氧化剂入口能够向所述液体储存腔内通入液体氧化剂。

Images