CN116733633A - 一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机 - Google Patents
一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116733633A CN116733633A CN202310858596.8A CN202310858596A CN116733633A CN 116733633 A CN116733633 A CN 116733633A CN 202310858596 A CN202310858596 A CN 202310858596A CN 116733633 A CN116733633 A CN 116733633A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- water
- inlet
- storage tank
- powder
- aluminum powder
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 64
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 57
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 11
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 45
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 27
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 17
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 17
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 12
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 9
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
- F02K7/10—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
- F02K7/18—Composite ram-jet/rocket engines
-
- 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
- F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
- F02K9/32—Constructional parts; Details not otherwise provided for
-
- 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
- F02K9/95—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by starting or ignition means or arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
本发明提供了一种水‑铝粉末火箭超燃冲压发动机，由水‑铝粉末火箭和超燃冲压发动机组成；其中，水‑铝粉末火箭包括储水箱、粉末储箱、燃料管道和燃气发生器。在少量水的流化作用下，铝粉输入燃气发生器中，在高温环境下，生成三氧化二铝和氢气；生成的产物与未完全反应的铝粉混合组成气固两相流，通过喉管以射流的方式进入超燃冲压发动机燃烧室中。由于氢气具有高热值，其火焰传播速度较快，因此能够解决燃烧室中因来流过快导致粉末燃料点火困难的难题；射流的掺混过程还提高了燃料与主流之间的掺混效率；同时，水、铝粉末输送的关停和流率控制可调，可实现发动机的推力调节，以适应不同飞行阶段的需求。
Description
技术领域
本发明专利属于航空航天动力领域，具体涉及一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机。
背景技术
为满足未来航空航天发展对深空宇宙探索技术的需求，以及未来军事作战中对制空权的争夺和发展远程快速打击武器等加强国防的战略手段，世界各国都在致力于对高超声速飞行器的研究。早在二十世纪五十年代，就有科学家提出超燃冲压发动机这一概念，超燃冲压发动机就是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机，与常规喷气发动机不同，超燃冲压发动机不需要使用涡轮增压器或压气机来压缩空气，而是利用飞行速度的动能将空气压缩，具有结构简单、重量轻、成本低、单位推力高和速度快等优点。
在超燃冲压发动机技术研究早期，主要采用的是液体燃料，但由于液体燃料环境温度适应力差，在低温环境中容易产生凝结等问题，使得燃料在高空低温环境中难以实现长期储存和即时响应。于是，相关学者将研究重点转向了固体燃料，相比于液体燃料发动机，固体燃料发动机具有诸多优点：结构简单且维修成本低；燃料可长期储存于发动机内部，作战响应迅速；固体燃料能量密度高等。但固体燃料直接在超声速气流中燃烧存在点火及火焰稳定困难、掺混效率和燃烧效率低等问题，并且发动机的空燃比还难以调控。因此，迫切找到一种理想的燃料克服固体燃料的种种不足，而粉末燃料具备众多优点：粉末燃料的存储、运输及使用要求低；粉末燃料在流化气作用下可实现流动，因此具有较强的流率调控性，使发动机具备多次启动和推力调节功能；粉末燃料稳定性高，即使在高温高压的苛刻环境下也不会产生离解；粉末燃料输送形式灵活等，使其脱颖而出，成为最有潜力的燃料之一。
因此，本文提出了一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，该发动机以水和铝粉作为燃料。在燃气发生器中，水与铝粉在高温环境下发生化学反应，反应产生的氢气可作为高温富燃燃气与未完全反应的铝粉混合形成气固两相流，通过燃气发生器喉管以射流的方式注入超燃冲压发动机燃烧室中参与燃烧。相比于固体火箭超燃冲压发动机，水-铝粉末火箭超燃冲压发动机利用氢气高热值和火焰传播速度快的特性弥补了点火及火焰稳定困难的不足；通过射流的方式将燃料注入燃烧室有效解决了掺混效率低的问题；同时由于粉末燃料具有高能量热值和体积热值的特点，所以能够保证燃烧效率处于一个较高的水平。
发明内容
本发明提供了一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，所述水-铝粉末火箭超燃冲压发动机包含了超燃冲压发动机和水-铝粉末火箭。所述超燃冲压发动机是空气主流流经的部件，由进气道、隔离段、燃料入口、燃烧室和尾喷管构成。所述水-铝粉末火箭由储水箱、粉末储箱、燃料管道和燃气发生器组成；所述储水箱包括储水区、齿轮泵入口、齿轮泵、齿轮泵出口、驱动用齿轮泵入口、驱动用齿轮泵和驱动用齿轮泵出口；所述粉末储箱包括驱动入口、流化进口、活塞、粉末储箱出口、流化出口、储粉区、流化管和驱动腔；所述燃料管道主要由三通管结构组成，包括三通管输出口、三通管短端入口和三通管长端入口；所述燃气发生器包括燃气发生器入口、高能点火器、反应腔、喉管和燃气发生器出口。
其中，气流从所述进气道进入超燃冲压发动机中；所述隔离段安装在所述进气道与所述燃烧室之间，隔离所述进气道与燃烧室之间的相互干扰，使来流更好地匹配燃烧室入口条件；气流与燃料进行掺混后在所述燃烧室内燃烧，其燃烧产物从所述尾喷管排入大气。
其中，所述燃料入口安装在所述隔离段后，且位于所述燃烧室前段，所述燃料入口为一个倾斜状的带有法兰边的短管的入口，并通过法兰边与所述燃气发生器出口连接。
其中，所述储水区为所述储水箱内部区域，用于储存水；所述齿轮泵和驱动用齿轮泵均安装在所述储水箱尾部的壁面上；所述储水区、齿轮泵入口和驱动用齿轮泵入口时刻保持着连通状态，使水得以进入所述齿轮泵和驱动用齿轮内，在齿轮的压缩作用下实现供水；所述齿轮泵入口、齿轮泵和齿轮泵出口相互连通，用于向所述燃气发生器供给水；所述驱动用齿轮泵入口、驱动用齿轮泵和驱动用齿轮泵出口相互连通，用于将水供入所述粉末储箱的驱动腔内，驱动活塞以带动粉末输出。
其中，所述齿轮泵和所述驱动用齿轮泵均可根据实际需求调节功率，以满足稳定地供水或输出粉末。
其中，所述粉末储箱后端壁面与所述活塞围成的可变区域称为驱动腔；所述粉末储箱锥形段与所述活塞围成的区域称为储粉区；所述驱动腔和所述储粉区共同组成了所述粉末储箱的内部空间，且两者的体积呈此消彼长的关系；所述驱动入口整体呈短管状，安装在所述粉末储箱底部；所述驱动腔通过所述驱动入口与所述储水箱连接，驱动流体从所述驱动入口流入所述驱动腔内，随着流体的进入，所述驱动腔内压强逐渐增加，从而推动所述活塞向前运动；所述驱动入口的短管上开设有所述流化进口，所述粉末储箱锥形段中部开设有所述流化出口；所述流化进口与所述流化出口通过所述流化管连接，用于对所述粉末储箱锥形段内的金属铝粉进行流化，配合活塞的作用，使粉末从所述粉末储箱出口稳定输出。
其中，所述三通管长端入口通过法兰连接所述齿轮泵出口，所述三通管长端入口到三通管汇集部分的管道内径逐渐增加，对管内流体起着减速作用；所述三通管短端入口与所述粉末储箱出口连接。
其中，所述三通管输出口与所述燃气发生器入口连接；所述反应腔为所述燃气发生器内部结构，是水与铝粉产生反应的主要场所；在所述燃气发生器入口下游处，即所述燃气发生器尾端安装有所述高能点火器，用于加热所述反应腔，使水与铝粉产生化学反应；所述燃气发生器出口流向与所述超燃冲压发动机主流方向形成一个锐角，即所述燃气发生器整体呈倾斜状态，可以减少供入气固两相流与主流因对射引起的流动损失，同时在主流对所述燃气发生器内部的流体也存在一个引射作用，在主流剪切力的影响下，使燃料获得了更好的掺混效率。
其中，所述燃气发生器锥形段通过所述喉管与所述燃气发生器出口连接。
其中，所述各部件进出口、所述燃料管道和所述燃料入口连接处均进行了密封处理，防止因燃料泄漏引起的一系列问题。
本发明提供了一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，该发动机的燃料主要由金属铝粉和液态水组成。利用水与铝粉在高温环境下发生反应，生成三氧化二铝和氢气，以生成的氢气作为富燃燃气与未完全反应的铝粉混合一同供入超燃冲压发动机燃烧室中，利用氢气高热值和火焰传播速度快的特性，提高了燃烧室内点火的可靠性和火焰燃烧的稳定性；同时，因为金属铝粉具有的高能量热值和体积热值，可以提高燃烧室整体燃烧效率。水、铝粉末高温产生氢气的设计使得发动机内部无需携带额外的储气罐，降低燃料储存、运输和使用的难度，还使得氢气的来源更加安全可靠，并有效减少了发动机的总重量。水与铝粉在燃气发生器中维持反应，产生的氢气以及未燃和燃烧凝相产物以喷管射流的方式进入燃烧室中，在主流剪切力的作用下，可以使氢气与来流有效地混合，从而提高了掺混效率。此外，水、铝粉末输送的关停和流率都可以通过齿轮泵控制实现可调，进而达成发动机的推力调节，能够适应不同飞行阶段的需求。
与现有技术相比，本发明的优点是：相比于固体火箭超燃冲压发动机，水-铝粉末火箭超燃冲压发动机利用氢气高热值和火焰传播速度快的特性弥补了点火及火焰稳定困难的不足；通过射流的方式将燃料注入燃烧室有效解决了掺混效率低的问题；同时由于粉末燃料具有高能量热值和体积热值的特点，所以能够保证燃烧效率处于一个较高的水平。
附图说明
图1：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的整体二维剖面图
图2：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的燃料供给系统结构示意图
图3：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的储水箱结构示意图
图4：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的粉末储箱结构示意图
图5：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的燃料管道结构示意图
图6：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的燃气发生器结构示意图
图7：本发明的水-铝粉末火箭超燃冲压发动机的超燃冲压发动机结构示意图
图示说明：
1-储水箱；101-储水区；102-齿轮泵入口；103-齿轮泵；104-齿轮泵出口；105-驱动用齿轮泵出口；106-驱动用齿轮泵；107-驱动用齿轮泵入口；
2-粉末储箱；201-驱动入口；202-流化进口；203-活塞；204-粉末储箱出口；205-流化出口；206-储粉区；207-流化管；208-驱动腔；
3-燃料管道；301-三通管输出口；302-三通管短端入口；303-三通管长端入口；
4-燃气发生器；401-燃气发生器入口喉管；402-高能点火器；403-反应腔；404-喉管；405-燃气发生器出口；
5-超燃冲压发动机；501-进气道；502-隔离段；503-燃料入口；504-燃烧室；505-尾喷管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，如图1至图7所示，发动机包括水-铝粉末火箭和超燃冲压发动机5，超燃冲压发动机5包括依次连接的进气道501、隔离段502、燃料入口503、燃烧室504和尾喷管505，所述水-铝粉末火箭包括储水箱1、粉末储箱2、燃料管道3和燃气发生器4；所述储水箱1包括储水区101、齿轮泵入口102、齿轮泵103、齿轮泵出口104、驱动用齿轮泵入口105、驱动用齿轮泵106和驱动用齿轮泵出口107；所述粉末储箱2包括驱动入口201、流化进口202、活塞203、粉末储箱出口204、流化出口205、储粉区206、流化管207和驱动腔208；所述燃料管道3主要由三通管结构组成，包括三通管输出口301、三通管短端入口302和三通管长端入口303；所述燃气发生器4包括燃气发生器入口401、高能点火器402、反应腔403、喉管404和燃气发生器出口405；所述超燃冲压发动5由进气道501、隔离段502、燃料入口503、燃烧室504和尾喷管505构成。
所述进气道501、隔离段502、燃烧室504和尾喷管505的内部空间构成了所述超燃冲压发动机5主流区域；所述燃料入口503安装在所述隔离段502后，且位于所述燃烧室504前段。
所述储水箱1安置在所述进气道501中部上方的位置，整体呈圆柱体状，其内部空间为所述储水区101，用于储水；所述齿轮泵103和驱动用齿轮泵106均安装在所述储水箱1尾部的壁面上，且所述齿轮泵103与所述进气道501的距离要比所述驱动用齿轮泵106距离稍远一些；所述齿轮泵入口102、齿轮泵103和齿轮泵出口104相互连通，用于向所述燃气发生器4供给水；所述驱动用齿轮泵入口105、驱动用齿轮泵106和驱动用齿轮泵出口107相互连通，用于将水供入所述驱动腔208内，驱动所述活塞203以带动粉末输出。
所述粉末储箱2安置在所述进气道501尾部略上方位置，且位于所述储水箱1之后，主要由四部分结构组成，分别是直筒段、锥形段、活塞203和流化管207，在所述直筒段尾部壁面上开设有所述驱动入口201，是驱动流体进入所述粉末储箱2的入口；所述直筒段尾部壁面与所述活塞203所围成的区域为所述驱动腔208，所述活塞203、所述锥形段和部分所述直筒段围成区域为所述储粉区206；所述锥形段前端安装有所述粉末储箱出口204；在所述驱动入口201和所述粉末储箱锥形段中部分别开设有所述流化进口202和所述流化出口205，并通过半口字型的金属管道，即所述流化管207连通在一起；驱动流体推动活塞203向前运动，流化流体带动所述粉末储箱锥形段内粉末，两者共同作用，实现供粉。
所述燃料管道3共有两个输入口，为所述三通管短端入口302和所述三通管长端入口303，分别通过法兰边与所述粉末储箱出口204和所述齿轮泵出口204连接；进入的燃料在一个三通结构处汇集，提前充分掺混，在通过所述三通管输出口301进入所述燃气发生器4中。
所述燃气发生器4安置于所述隔离段502后端上方，整体呈倾斜状态；所述燃气发生器4尾部设有所述燃气发生器入口401，水和铝粉混合物从该入口进；所述反应腔403为所述燃气发生器4的内部区域，是水与铝粉产生反应的主要场所；所述燃气发生器4直筒壁面靠近尾部处安装有所述高能点火器402，所述高能点火器402伸入所述反应腔403内，能够在短时间内提高所述反应腔403内的温度，使水与铝粉能够产生燃烧反应；所述喉管404安置在燃气发生器锥形段之后，对水、铝粉末气固两相流起着一个加速效应，避免了燃料从所述燃料入口503进入所述燃烧室504后因来流速度过快只能贴合在燃烧室上壁面的情况，让燃料能够有效掺混在所述燃烧室504中，使燃烧反应进行得更加完全，同时还降低了粉末堆积和滞留的可能性；所述喉管404之后便是所述燃气发生器出口405；所述燃气发生器出口405流向与所述超燃冲压发动机5主流方向形成一个锐角，减少气固两相流进入所述燃烧室504时与主流产生的流动损失。
在本发明中，
所述储水箱1的数量为1个；所述齿轮泵103和所述驱动用齿轮泵106数量都为1个，均为同一型号的齿轮泵，并且功率可调以满足稳定地供水或输出粉末。
所述粉末储箱2的数量为1个，内置的所述活塞203数量也是1个；所述流化管207数量为1根，为半口字型的金属管道，所述流化管进口端与所述驱动入口201连接，出口端与所述粉末储箱锥形段连接；所述粉末储箱2内壁面均采用了光滑处理，减少了其表面粗糙度，便于所述活塞203运动，增大所述储粉区内的压强，使粉末得以稳定输出；所述粉末储箱2的锥形段收缩角度和储箱轴线之间的夹角范围为30°～75°。
所述燃料管道3整体为三通管结构，数量为1根，有两个输入口和一个输出口，管道连接处均通过法兰连接；所述三通管长端入口303到三通管汇集部分的管道内径逐渐增加，对管内流体起着减速作用；所述三通管短端入口302和所述三通管长端入口303流向的夹角范围为60°～90°。
所述燃气发生器4数量为1个，所述燃气发生器入口401通过法兰边与所述三通管输出口301连接；所述高能点火器402伸入所述反应腔403内，其数量为1～2个；所述燃气发生器4的锥形段收缩角度和其轴线之间的夹角范围为30°～75°；所述燃气发生器出口405流向与所述超燃冲压发动机5主流方向形成一个锐角，该锐角范围为30°～60°，可以减少气固两相流与主流冲击引起的流动损失，同时使燃料获得了更好的掺混效率。
本发明提供了一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，具体工作过程为：驱动用齿轮泵106先启动，在齿轮的作用下，流体从驱动入口201进入驱动腔208内，当驱动腔208内压强达到一定程度时，开始推动活塞203向前运动，造成储粉区206内压强开始上升；与此同时，部分流体通过流化管207进入粉末储箱锥形段中流化其中粉末，与活塞的作用力共同实现粉末供给。当铝粉开始输出进入三通管结构后，打开齿轮泵103，水与铝粉会在三通管内提前掺混，一同进入燃气发生器4中。燃气发生器4中会预先打开高能点火器402，使反应腔403内温度达到反应温度，水与铝粉进入燃气发生器4后开始产生剧烈反应，产生的大量氢气在喉管404的加速效应下从燃料入口503进入燃烧室504内。由于气固两相流以射流的方式进入燃烧室504，且其流动方向与来流方向形成了一个锐角，在主流剪切力的作用下，燃料得到了充分地掺混，得以充满整个燃烧室504前端。此时进行点火操作，金属铝粉颗粒经燃烧将蕴含的化学能转换为热能和动能，产生高温高压的燃气，从尾喷管505高速排出气体产生推力。
有益效果：(1)氢气燃烧热值高，火焰传播速度快，有效解决超燃冲压发动机点火困难和火焰稳定性差的问题；(2)该发明利用水、铝粉末在高温环境下产生化学反应产生氢气，因而发动机无需额外储气罐来携带氢气，有效减少了发动机整体重量；(3)采用了粉末燃料，其存储、运输及使用要求低，且稳定性高，即使在高温高压的苛刻环境下也不会产生离解；(4)粉末燃料具有高的能量热值和体积热值，因此以其为燃料的发动机有较高的比冲和密度比冲，且燃烧室效率也较高；(5)氢气与铝粉混合产生的气固两相流以射流的方式进入燃烧室，在来流的冲击下能够与主流有效掺混，避免燃料集中在燃烧室壁面的情况发生；(6)水、铝粉末输送的关停和流率都可以通过齿轮泵控制实现可调，进而达成发动机的推力调节，能够适应不同飞行阶段的需求。
以上实施例仅表达了本发明的具体设计和实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而认为以上的设计是对本发明专利范围的限制。应当明确提出的是，对于本领域或相关领域的技术人员来说，在不脱离本发明设计理念的前提下，还可以做出许多变化和改进，甚至是同义替换，这些行为均处于本发明所保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：该发动机包括水-铝粉末火箭和超燃冲压发动机(5)；超燃冲压发动机(5)包括依次连接的进气道(501)、隔离段(502)、燃料入口(503)、燃烧室(504)和尾喷管(505)；水-铝粉末火箭包括储水箱(1)、粉末储箱(2)、燃料管道(3)和燃气发生器(4)；
储水箱(1)安置在所述进气道(501)中部上方的位置，整体呈圆柱体状，其内部空间为储水区(101)；齿轮泵(103)和驱动用齿轮泵(106)均安装在所述储水箱(1)尾部的壁面上，且所述齿轮泵(103)和所述进气道(501)的距离要比所述驱动用齿轮泵(106)和所述进气道(501)的距离稍远一些；齿轮泵入口(102)、齿轮泵(103)和齿轮泵出口(104)相互连通；驱动用齿轮泵入口(105)、驱动用齿轮泵(106)和驱动用齿轮泵出口(107)相互连通；
粉末储箱(2)安置在所述进气道(501)尾部略上方位置，且位于所述储水箱(1)之后，主要由直筒段一、锥形段一、活塞(203)和流化管(207)组成；在所述直筒段一尾部壁面上开设有驱动入口(201)，驱动入口(201)与驱动用齿轮泵出口(107)连接；所述直筒段一尾部壁面与所述活塞(203)所围成的区域为驱动腔(208)；所述活塞(203)、所述锥形段一和部分所述直筒段一围成区域为储粉区(206)；所述锥形段一前端安装有粉末储箱出口(204)；驱动入口(201)和粉末储箱锥形段一中部分别开设有流化进口(202)和流化出口(205)，并通过流化管(207)连通；
燃料管道(3)为三通管结构，共有两个输入口和一个输出口；两个输入口为三通管短端入口(302)和三通管长端入口(303)，三通管短端入口(302)通过法兰边与粉末储箱出口(204)连接，三通管长端入口(303)通过法兰边与齿轮泵出口(104)连接；一个输出口为三通管输出口(301)，开设在两个输入口汇集处的下游，三通管输出口(301)与燃气发生器(4)的燃气发生器入口喉管(401)连接；
燃气发生器(4)安置于所述隔离段(502)后端上方，整体呈倾斜状态；主要由直筒段二、锥形段二组成，所述直筒段二尾部设有燃气发生器入口(401)；所述燃气发生器入口(401)下游处，即燃气发生器尾端安装有高能点火器(402)；所述直筒段二和锥形段二围成的内部区域为反应腔(403)；所述高能点火器(402)伸入所述反应腔(403)内，其数量为1～2个，喉管(404)安置在所述锥形段二的下游；所述喉管(404)之后为所述燃气发生器出口(405)，燃气发生器出口(405)与燃料入口(503)连接。
2.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：所述进气道(501)、隔离段(502)、燃烧室(504)和尾喷管(505)的内部空间构成了所述超燃冲压发动机(5)主流区域；所述燃料入口(503)安装在所述隔离段(502)后，且位于所述燃烧室(504)前段。
3.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：所述储水箱(1)的数量为1个；所述齿轮泵(103)和所述驱动用齿轮泵(106)数量都为1个，均为同一型号的齿轮泵，两者独立工作，并且功率可调以满足稳定地供水或输出粉末。
4.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：所述粉末储箱(2)的数量为1个，内置的所述活塞(203)数量也是1个；所述粉末储箱(2)的锥形段收缩角度和其轴线之间的夹角范围为30°～75°。
5.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：所述粉末储箱(2)内部壁面和所述活塞接触壁面端均进行了光滑处理，降低了其表面粗糙度，以减少所述活塞(203)在运动过程中的摩擦力，实现其更加流畅地受到驱动力的驱动。
6.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：所述三通管长端入口(303)到三通管汇集部分的管道内径逐渐增加，对管内流体起着减速作用；所述三通管短端入口(302)和所述三通管长端入口(303)流向的夹角范围为60°～90°。
7.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：所述燃气发生器(4)数量为1个，其锥形段收缩角度和轴线之间的夹角范围为30°～75°；所述燃气发生器(4)整体呈倾斜状态，可通过所述燃气发生器出口(405)流向与所述超燃冲压发动机(5)主流方向形成的锐角来定义倾斜角度，锐角范围为30°～60°。
8.根据权利要求1所述的一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机，其特征在于：各部件进出口、燃料管道(3)和燃料入口(503)连接处均采用了法兰连接，并进行了密封处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310858596.8A CN116733633B (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310858596.8A CN116733633B (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116733633A true CN116733633A (zh) | 2023-09-12 |
| CN116733633B CN116733633B (zh) | 2024-08-30 |
Family
ID=87901200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310858596.8A Active CN116733633B (zh) | 2023-07-13 | 2023-07-13 | 一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116733633B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03258958A (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-19 | Natl Aerospace Lab | スクラムジェット燃焼器の作動状態制御法 |
| CN106949498A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-07-14 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于燃烧室喷入含能材料粉末提升推力的冲压发动机 |
| CN207093230U (zh) * | 2017-06-13 | 2018-03-13 | 南昌航空大学 | 一种整体式火箭和超燃冲压组合发动机 |
| CN113090415A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-09 | 西北工业大学 | 一种可变流量固液混合发动机 |
| CN113756986A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-07 | 中南大学 | 一种多模态跨域组合动力系统 |
| CN113882968A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-04 | 中南大学 | 一种宽速域多工质功效匹配组合动力系统 |
| CN115556945A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-03 | 西安近代化学研究所 | 带有基于多硼烷化合物燃料的超燃冲压发动机的飞行器 |
-
2023
- 2023-07-13 CN CN202310858596.8A patent/CN116733633B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03258958A (ja) * | 1990-03-06 | 1991-11-19 | Natl Aerospace Lab | スクラムジェット燃焼器の作動状態制御法 |
| CN106949498A (zh) * | 2017-05-05 | 2017-07-14 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于燃烧室喷入含能材料粉末提升推力的冲压发动机 |
| CN207093230U (zh) * | 2017-06-13 | 2018-03-13 | 南昌航空大学 | 一种整体式火箭和超燃冲压组合发动机 |
| CN113090415A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-09 | 西北工业大学 | 一种可变流量固液混合发动机 |
| CN113756986A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-07 | 中南大学 | 一种多模态跨域组合动力系统 |
| CN113882968A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-04 | 中南大学 | 一种宽速域多工质功效匹配组合动力系统 |
| CN115556945A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-03 | 西安近代化学研究所 | 带有基于多硼烷化合物燃料的超燃冲压发动机的飞行器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116733633B (zh) | 2024-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107762661B (zh) | 一种脉冲爆震引射超燃冲压组合发动机 | |
| CN103069142A (zh) | 多管式无阀脉冲爆震发动机 | |
| CN111305972A (zh) | 一种脉冲爆震燃烧室及基于脉冲爆震的空气涡轮火箭发动机 | |
| US8250854B2 (en) | Self-starting turbineless jet engine | |
| Bussing | A rotary valved multiple pulse detonation engine | |
| CN116733633B (zh) | 一种水-铝粉末火箭超燃冲压发动机 | |
| CN117329025B (zh) | 一种涡轮排气冲压增推组合循环发动机及航天飞行器 | |
| CN101718236A (zh) | 有爆震转射器连通的多管脉冲爆震燃烧室 | |
| CN110159456A (zh) | 火箭发动机推力室 | |
| US12078127B2 (en) | Multi-mode propulsion system | |
| CN109268169A (zh) | 一种清洁能源水循环零排放火箭发动机燃烧器发电系统 | |
| Jindal | Pulse Detonation Engine-A Next Gen Propulsion | |
| CN114320666A (zh) | 一种空气涡轮火箭发动机系统 | |
| CN210165426U (zh) | 一种以金属粉末为燃料的加力燃烧室 | |
| RU2431053C1 (ru) | Жидкостный ракетный двигатель и блок сопел крена | |
| RU2808674C1 (ru) | Прямоточный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель с газодинамическими диодами | |
| CN220434898U (zh) | 一种旋转爆震发动机装置和飞行器 | |
| CN114320659B (zh) | 一种低成本闭合式脉冲爆震风源发动机 | |
| CN107781064A (zh) | 新型旋转阀门 | |
| RU2517971C1 (ru) | Бессопловой ракетный двигатель твердого топлива | |
| CN213928582U (zh) | 一种高效脉冲喷气发动机 | |
| CN116772235A (zh) | 一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法 | |
| CN116428076A (zh) | 一种旋转爆震发动机装置和飞行器 | |
| CN116658329A (zh) | 水冲压引射的高超声速组合循环动力系统及其控制方法 | |
| CN117053235A (zh) | 燃烧室装置及旋转爆震发动机 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |