CN115523058A - 卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空航天设备技术领域，尤其是涉及一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构。其包括顺次连通的氧化剂供给模块、催化模块以及燃烧模块；燃烧模块在与催化模块连通的端口的内侧壁上设置有隔热模块，隔热模块采用卡扣连接方式与催化模块连接；燃烧模块具有燃烧腔，隔热模块具有预设高度，隔热模块用以延长催化模块与燃烧腔的距离。隔热模块用以延长催化模块与燃烧腔的距离，增加燃气回流抵达催化模块的路径长度，避免燃气回流对催化模块的对流换热，从而起到绝热的作用；另外，本申请的隔热模块与催化模块之间采用卡扣式的连接方式，在保障隔热模块与催化模块可靠连接的同时，能够通过简单地旋转实现隔热模块的安装及卸载。

Description

卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构

技术领域

本申请涉及航空航天设备技术领域，尤其是涉及一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构。

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，亟需一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，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卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，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。

本申请提供了一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，包括顺次连通的氧化剂供给模块、催化模块以及燃烧模块；

所述燃烧模块在与所述催化模块连通的端口的内侧壁上设置有隔热模块，所述隔热模块采用卡扣连接方式与所述催化模块连接；

所述燃烧模块具有燃烧腔，所述隔热模块具有预设高度，所述隔热模块用以延长所述催化模块与所述燃烧腔的距离。

在上述技术方案中，进一步地，所述隔热模块包括隔热筒主体以及牙盘；所述催化模块包括催化床外壳；

所述隔热筒主体朝向所述催化床外壳延伸有所述牙盘，且所述隔热筒主体的顶部与所述牙盘之间形成有环形限位槽；

所述催化床外壳朝向所述隔热筒主体延伸有环形凸起，且所述环形凸起的内侧壁设置有限位卡块；

所述牙盘能够插入至所述环形凸起内且所述限位卡块能够卡接在所述环形限位槽内，以使所述隔热筒主体与所述催化床外壳实现轴向定位。

在上述技术方案中，进一步地，所述牙盘的外侧壁开设有避让孔；

所述限位卡块的尺寸小于所述避让孔的尺寸；

当所述牙盘朝向所述环形凸起插设时，所述限位卡块能够通过所述避让孔抵达所述环形限位槽；当所述限位卡块抵达所述环形限位槽时，旋转所述环形凸起使得所述限位卡块卡接于除与所述避让孔对应的所述环形限位槽，以使所述隔热筒主体与所述催化床外壳实现轴向定位。

在上述技术方案中，进一步地，所述限位卡块的数量与所述避让孔的数量均为6个，且当所述牙盘朝向所述环形凸起插设时，所述限位卡块与所述避让孔一一对应。

在上述技术方案中，进一步地，所述环形凸起的外侧壁上开设有第一标识孔，且所述第一标识孔与任意一个所述限位卡块相对应；

所述隔热筒主体的外侧壁开设有第二标识孔，且所述第二标识孔与任意一个所述避让孔错位排布；

当所述限位卡块抵达所述环形限位槽时，且所述第一标识孔与所述第二标识孔相对时，以表明所述限位卡块卡接于除与所述避让孔对应的所述环形限位槽。

在上述技术方案中，进一步地，还包括定位销；

当所述第一标识孔与所述第二标识孔相对时，所述第一标识孔与所述第二标识孔能够构成周向定位孔；

所述定位销设置于所述周向定位孔，以使所述隔热筒主体与所述催化床外壳周向定位。

在上述技术方案中，进一步地，所述隔热筒主体的侧壁排布有多个环形槽，所述环形槽用于填充隔热材料。

在上述技术方案中，进一步地，所述氧化剂供给模块包括盖板；

所述盖板远离所述催化模块的一端开设有氧化剂入口；

所述盖板与所述催化模块围设有集液头腔，且所述集液头腔内设置有支撑环；

通过所述氧化剂入口能够向所述集液头腔内通入液体氧化剂。

在上述技术方案中，进一步地，所述催化模块还包括催化网外壳；

所述催化网外壳设置于所述催化床外壳的内侧壁，催化网外壳围设有安装空间，所述安装空间内从靠近所述氧化剂供给模块到所述隔热模块依次排布有液体喷注板、催化网以及气体喷注板。

在上述技术方案中，进一步地，所述燃烧模块包括通过螺钉连接在所述催化床外壳上的燃烧室外壳；

所述燃烧室外壳的内侧壁设置有绝热层；所述绝热层的一端包裹所述隔热筒主体。

与现有技术相比较，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，包括顺次连通的氧化剂供给模块、催化模块以及燃烧模块；

所述燃烧模块在与所述催化模块连通的端口的内侧壁上设置有隔热模块，所述隔热模块采用卡扣连接方式与所述催化模块连接；

所述燃烧模块具有燃烧腔，所述隔热模块具有预设高度，所述隔热模块用以延长所述催化模块与所述燃烧腔的距离。

综上，所述隔热模块用以延长所述催化模块与所述燃烧腔的距离，增加燃气回流抵达催化模块的路径长度，避免燃气回流对催化模块的对流换热，从而起到绝热的作用；另外，本申请的隔热模块与催化模块之间采用卡扣式的连接方式，在保障隔热模块与催化模块可靠连接的同时，能够通过简单地旋转实现隔热模块的安装及卸载，显著提升试验效率。

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为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构的平面结构示意图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为图3中的A处的结构放大图；

图5为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构中的催化模块与隔热模块的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构中的催化床外壳的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构中的隔热筒主体的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构中的支撑环的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构中的液体喷注板的结构示意图。

附图标记：100-氧化剂供给模块；101-催化模块；102-隔热模块；103-燃烧模块；105-燃烧腔；106-隔热腔；108-隔热筒主体；109-牙盘；110-催化床外壳；111-环形限位槽；112-环形凸起；113-限位卡块；114-避让孔；115-第一标识孔；116-第二标识孔；117-环形槽；118-盖板；119-氧化剂入口；120-集液头腔；121-支撑环；122-催化网外壳；123-液体喷注板；124-催化网；125-气体喷注板；126-螺钉；127-燃烧室外壳；128-绝热层；129-喷注孔；130-加劲条；131-密封圈；132-第三凸起部；133-第二凸起。

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。

结合图1-图9所示描述本申请提供的一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构。

在该实施例中，所述卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构包括氧化剂供给模块100、催化模块101以及燃烧模块103；其中，所述催化模块101的一端与所述氧化剂供给模块100连通；所述氧化剂供给模块100用于提供氧化剂，并在系统的压力作用下进入至催化模块101内，氧化剂在催化模块101内能够分解为高温氧化剂气体，此高温氧化剂气体最终供给至燃烧模块103，用于燃烧模块103内的药柱的燃烧；然而在此过程中，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；为了防止此燃气回流对催化模块101造成一定的损坏，所述催化模块101的另一端通过卡扣连接方式与所述隔热模块102连接；所述燃烧模块103具有燃烧腔105，所述隔热模块102具有隔热腔106；所述燃烧模块103与所述催化模块101连接且至少部分所述燃烧模块103能够包裹所述隔热模块102；所述隔热腔106用于延长所述催化模块101与所述燃烧腔105的距离且与所述燃烧腔105连通。

综上，在所述催化模块101与所述燃烧模块103之间增设所述隔热腔106，利用隔热腔106增加燃气回流抵达催化模块101的路径长度，避免燃气回流对催化模块101的对流换热，从而起到绝热的作用；另外，相对于现有技术中的直接增加催化模块101的长度，而导致整体结构重量增加而言，本申请中的催化模块101的长度是减小的，也就是说，本申请的整体重量是减小的。

具体地，所述氧化剂供给模块100包括盖板118；所述盖板118远离所述催化模块101的一端开设有氧化剂入口119，所述盖板118与所述催化模块101围设有集液头腔120；液体氧化剂能够通过氧化剂入口119进入至集液头腔120内，在集液头腔120内存储。

具体地，所述催化模块101包括催化床外壳110；所述催化床外壳110内设置有催化网外壳122，催化网外壳122围设有安装空间，所述安装空间内从靠近所述氧化剂供给模块100到所述隔热模块102依次排布有液体喷注板123、催化网124以及气体喷注板125。

进一步地，当液体氧化剂从氧化剂供给模块100并经过液体喷注板123抵达至催化网124时，在催化网124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，氧化剂气体在经过液体气体喷注板125和隔热腔106抵达至燃烧腔105内。

进一步地，结合图8所示，所述集液头腔120内设置有支撑环121，支撑环121的一端抵接在盖板118的内侧壁上，支撑环121靠近液体喷注板123一端设置有第三凸起部132，所述液体喷注板123上开设有限位卡槽，所述第三凸起部132与所述限位卡槽一一对应设置，通过第三凸起部132与限位卡槽的卡接作用以使支撑环121固定于集液头腔120内。

进一步地，结合图9所示，所述液体喷注板123上设置有喷注孔129和加劲条130，气体喷注孔129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，所述喷注孔129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，所述燃烧模块103包括通过螺钉126连接在所述催化床外壳110上的燃烧室外壳127；所述燃烧室外壳127的内侧壁利用高温胶黏贴有绝热层128；所述绝热层128的一端包裹所述隔热模块102。

进一步地，在实际的工作过程中，由于绝热层128的长时间使用(燃气回流反复冲击绝热层128)，其存在被磨损的情况，磨损会导致绝热层128越来越薄，为了防止燃气回流冲破绝热层128后经过燃烧室外壳127与催化床外壳110之间的缝隙导流至催化网124内而破坏催化网124，进而在所述催化床外壳110与所述燃烧室外壳127的连接处还设置有密封圈131，利用密封圈131实现密封燃烧室外壳127与催化床外壳110之间的缝隙，防止燃气回流通过此间隙倒流至催化网124；综上，采用密封圈131能够显著提高该催化床隔热结构高温下的工作能力，保障工作时间内可靠和稳定。

在该实施例中，结合图3-图7所示；所述隔热模块102包括隔热筒主体108，所述隔热筒主体108靠近绝热层128的一侧开始有第二限位槽，所述绝热层128靠近所述隔热筒主体108的一侧开始有第二凸起133，所述第二凸起133能够卡接至第二限位槽内，依靠第二限位槽与第二凸起133的卡接作用从而实现绝热层128与隔热筒主体108的连接；换句话说，绝热层128上的第二凸起133可以理解为在绝热层128上设置有定位台肩，定位台肩用于包裹住隔热筒主体108和绝热层128之间的缝隙，进一步增加增加燃气回流抵达密封圈131的路径，从而实现绝热。

优选地，所述隔热筒主体108材质采用高硅氧/酚醛复合材料，高硅氧/酚醛复合材料的隔热筒主体108相对于传统的隔离段采用高温合金材料而言，其密度显著减小，可以在保证耐氧化的要求情况下降低整体质量。

具体地，所述隔热模块102还包括牙盘109；所述隔热筒主体108朝向所述催化床外壳110延伸有所述牙盘109，且所述隔热筒主体108的顶部与所述牙盘109之间形成有环形限位槽111；所述牙盘109的外侧壁直径小于所述隔热体主体的直径；所述催化床外壳110朝向所述隔热筒主体108延伸有环形凸起112，且所述环形凸起112的内侧壁设置有限位卡块113；在实际的卡扣连接过程中：将所述牙盘109直接插入至所述环形凸起112内且将所述限位卡块113卡接在所述环形限位槽111内，从而实现所述隔热筒主体108与所述催化床外壳110实现轴向定位。注意：此种方式是将牙盘109直接插入至所述环形凸起112内，还可以理解是一种刚性卡接。

具体地，考虑到本申请采用的卡扣式连接方式是应用于航天发动机上的，对于上述采用的刚性卡接，在一定程度上存在破坏隔热筒主体108或催化床外壳110的风险，为克服此风险，优选地，在所述牙盘109的外侧壁开设有避让孔114；所述限位卡块113的尺寸小于所述避让孔114的尺寸，即限位卡块113能够容易穿过避让孔114；值得注意的是：对于这里面说的尺寸，对于常规的限位卡块113以及避让孔114是指长、宽、高；本申请中结合图6和图7可以看出，限位卡块113是一种半圆形的凸起，避让孔114是一种半圆形的缺口，那么此时的尺寸是指半径和厚度。

在实际的卡扣连接过程中：首先确保限位卡块113与避让孔114的位置对齐，然后将牙盘109朝向所述环形凸起112插设，此时的限位卡块113会穿过避让孔114；然后旋转所述环形凸起112使，使得限位卡块113与避让孔114错位，也就意味着，限位卡块113会卡接在除与所述避让孔114对应的所述环形限位槽111，进而实现所述隔热筒主体108与所述催化床外壳110实现轴向定位。

优选地，所述限位卡块113的数量与所述避让孔114的数量均为6个，且当所述牙盘109朝向所述环形凸起112插设时，所述限位卡块113与所述避让孔114一一对应，保证每一个限位卡块113均能通过一个避让孔114。

更具体地，所述环形凸起112的外侧壁上开设有第一标识孔115，且所述第一标识孔115与任意一个所述限位卡块113相对应；所述隔热筒主体108的外侧壁开设有第二标识孔116，且所述第二标识孔116与任意一个所述避让孔114错位排布；在实际的卡接过程中，步骤100：确保每一个限位卡块113均分别能够与一个避让孔114位置对应；注意由于第一标识孔115与任意一个所述限位卡块113相对应，第二标识孔116与任意一个所述避让孔114错位，那么也就说，步骤100中的第一标识孔115与第二标识孔116位置是不对应的；步骤200：将隔热筒主体108朝向催化床外壳110插设，注意此时的第一标识孔115与第二标识孔116位置也是不对应的；步骤300：旋转所述环形凸起112使，直到第一标识孔115与第二标识孔116位置对齐，即表明所述限位卡块113卡接于除与所述避让孔114对应的所述环形限位槽111内。

进一步地，所述卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构还包括定位销；当所述第一标识孔115与所述第二标识孔116相对时，所述第一标识孔115与所述第二标识孔116能够构成周向定位孔；所述定位销设置于所述周向定位孔，以使隔热筒主体108与所述催化床外壳110周向定位。

即通过卡扣的连接方式实现了隔热筒主体108与所述催化床外壳110轴向定位，通过定位销实现了隔热筒主体108与所述催化床外壳110的周向定位。

除此之外，所述隔热筒主体108的侧壁排布有多个环形槽117，所述环形槽117用于放置隔热材料。优选地，所述隔热材料为四氧化三铁高温腻子，在安装过程中，在环形槽117处均匀涂抹高温腻子，实现燃烧室外壳127在于催化床外壳110连接处的内侧壁与隔热筒主体108的隔热作用，对燃烧室外壳127于隔热筒主体108的接缝处进行隔热，避免燃气回流通过缝隙接触密封圈131。

综上，在固液火箭发动机点火启动过程中，液体氧化剂通过盖板118上的氧化剂入口119进入集液头腔120中。待液体氧化剂将集液头腔120填充完全，在上游高压液体的输送下经过液体喷注板123的喷注孔129均匀喷注进入催化网124。在催化网124的催化作用下迅速催化分解为温度较高的氧化剂气体，之后氧化剂气体经过气体喷注板125上的氧化剂气体喷注孔129喷注进入隔热筒主体108构成的高温气体隔热腔106内。在上游压力作用下氧化剂气体进一步进入发动机燃烧室，对固体燃料药柱进行加热，使其受热分解产生燃料气体，之后氧化剂气体与燃料气体掺混后发生燃烧，从而实现固液混合火箭发动机的点火启动。

在固液火箭发动机的长时间工作过程中，高温气体隔热腔106可以实现良好的热防护效果，有效阻隔发动机前燃室内的高温燃气向催化模块101的流动和传热，可以保证密封结构在发动机恶劣的热环境下长时间工作不失效。试验结束后可以更换隔热筒主体108，由于卡扣的连接方式，容易卸载并更换，可以显著提高试验效率。

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)

1.一种卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，包括顺次连通的氧化剂供给模块、催化模块以及燃烧模块；

所述燃烧模块在与所述催化模块连通的端口的内侧壁上设置有隔热模块，所述隔热模块采用卡扣连接方式与所述催化模块连接；

所述燃烧模块具有燃烧腔，所述隔热模块具有预设高度，所述隔热模块用以延长所述催化模块与所述燃烧腔的距离。

2.根据权利要求1所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述隔热模块包括隔热筒主体以及牙盘；所述催化模块包括催化床外壳；

所述隔热筒主体朝向所述催化床外壳延伸有所述牙盘，且所述隔热筒主体的顶部与所述牙盘之间形成有环形限位槽；

所述催化床外壳朝向所述隔热筒主体延伸有环形凸起，且所述环形凸起的内侧壁设置有限位卡块；

所述牙盘能够插入至所述环形凸起内且所述限位卡块能够卡接在所述环形限位槽内，以使所述隔热筒主体与所述催化床外壳实现轴向定位。

3.根据权利要求2所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述牙盘的外侧壁开设有避让孔；

所述限位卡块的尺寸小于所述避让孔的尺寸；

当所述牙盘朝向所述环形凸起插设时，所述限位卡块能够通过所述避让孔抵达所述环形限位槽；当所述限位卡块抵达所述环形限位槽时，旋转所述环形凸起使得所述限位卡块卡接于除与所述避让孔对应的所述环形限位槽，以使所述隔热筒主体与所述催化床外壳实现轴向定位。

4.根据权利要求3所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述限位卡块的数量与所述避让孔的数量均为6个，且当所述牙盘朝向所述环形凸起插设时，所述限位卡块与所述避让孔一一对应。

5.根据权利要求4所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述环形凸起的外侧壁上开设有第一标识孔，且所述第一标识孔与任意一个所述限位卡块相对应；

所述隔热筒主体的外侧壁开设有第二标识孔，且所述第二标识孔与任意一个所述避让孔错位排布；

当所述限位卡块抵达所述环形限位槽时，且所述第一标识孔与所述第二标识孔相对时，以表明所述限位卡块卡接于除与所述避让孔对应的所述环形限位槽。

6.根据权利要求5所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，还包括定位销；

当所述第一标识孔与所述第二标识孔相对时，所述第一标识孔与所述第二标识孔能够构成周向定位孔；

所述定位销设置于所述周向定位孔，以使所述隔热筒主体与所述催化床外壳周向定位。

7.根据权利要求2所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述隔热筒主体的侧壁排布有多个环形槽，所述环形槽用于填充隔热材料。

8.根据权利要求1所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述氧化剂供给模块包括盖板；

所述盖板远离所述催化模块的一端开设有氧化剂入口；

所述盖板与所述催化模块围设有集液头腔，且所述集液头腔内设置有支撑环；

通过所述氧化剂入口能够向所述集液头腔内通入液体氧化剂。

9.根据权利要求2所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述催化模块还包括催化网外壳；

所述催化网外壳设置于所述催化床外壳的内侧壁，催化网外壳围设有安装空间，所述安装空间内从靠近所述氧化剂供给模块到所述隔热模块依次排布有液体喷注板、催化网以及气体喷注板。

10.根据权利要求2所述的卡扣式固液火箭发动机催化床隔热结构，其特征在于，所述燃烧模块包括通过螺钉连接在所述催化床外壳上的燃烧室外壳；

所述燃烧室外壳的内侧壁设置有绝热层；所述绝热层的一端包裹所述隔热筒主体。

Images