CN116771546A - 一种双组元姿轨控动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双组元姿轨控动力系统，涉及火箭发动机动力技术领域，以解决设置氦气引入装置后供应系统复杂、占用空间大的问题。所述双组元姿轨控动力系统包括轨控发动机、燃料贮箱和氧化剂贮箱，燃料贮箱的出口端通过燃料供应管路与轨控发动机连通，燃料贮箱用于储存燃料，并将燃料引入轨控发动机；氧化剂贮箱通过氧化剂供应管路与轨控发动机连通，用于储存氧化亚氮推进剂并将氧化亚氮推进剂引入轨控发动机，氧化剂贮箱通过增压管路与燃料贮箱的进口端连通，还用于将氧化亚氮推进剂引入燃料贮箱中。本发明提供的双组元姿轨控动力系统用于降低推进剂供应系统的复杂度，减小占用空间，便于安装维护。
Description
技术领域
本发明涉及火箭发动机动力技术领域，尤其涉及一种双组元姿轨控动力系统。
背景技术
目前，双组元姿轨控动力系统具有高精度、高比冲、可多次启动、推力范围广等优势，因而被广泛应用。为了保证推进剂供应入口工作压力，需要通过增压系统用于提供液体火箭推进剂贮箱的气枕压力，其主要的工作过程是使增压气体进入推进剂贮箱，膨胀后替代推进剂消耗的空间，对推进剂产生工作压力。
目前，主要采用的增压方法为自生增压或氦气增压，针对常温下具有较高的饱和蒸汽压力的氧化剂或燃料，如氧化亚氮推进剂等，一般可采用自生增压的方式，通过推进剂自身的饱和蒸汽压力提供工作压力；对于常温下的饱和蒸汽压力较小的氧化剂或燃料，如煤油、甲醇、乙醇等，常采用冷氦加温增压的方式，将需要增压的推进剂贮箱连通氦气，氦气经过加热后通入需要增压的推进剂贮箱，通过氦气为其增压。
因此，当双组元姿轨控动力系统的氧化剂为氧化亚氮推进剂，燃料为常温下的饱和蒸汽压力较小的燃料，如煤油、甲醇、乙醇等时，饱和蒸汽压力较小的燃料需要通过氦气增压的方式，即需要单独设置氦气引入装置和固定支架等，增加了管路和接头的数目，使推进剂供应系统更加复杂、占用空间大、安装维护不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双组元姿轨控动力系统，当双组元姿轨控动力系统的氧化剂为氧化亚氮推进剂，燃料为常温下的饱和蒸汽压力较小的燃料时，保证两个推进剂引入姿控发动机或轨控发动机时的工作压力的同时，降低推进剂供应系统的复杂度，减小占用空间，便于安装维护。
为了实现上述目的，本发明提供如了一种双组元姿轨控动力系统，包括：
轨控发动机；
燃料贮箱，燃料贮箱的出口端通过燃料供应管路与轨控发动机连通，燃料贮箱用于储存燃料，并将燃料引入轨控发动机；
氧化剂贮箱，氧化剂贮箱通过氧化剂供应管路与轨控发动机连通，用于储存氧化亚氮推进剂并将氧化亚氮推进剂引入轨控发动机，氧化剂贮箱通过增压管路与燃料贮箱的进口端连通，还用于将氧化亚氮推进剂引入燃料贮箱中。
相对现有技术，本发明提供的一种双组元姿轨控动力系统中，氧化剂贮箱所储存的氧化亚氮推进剂常温下具有较高的饱和蒸汽压力，其饱和蒸汽压力一般在5MPa以上，远远高于发动机所需的入口压力(一般为2MPa-4MPa)，因此氧化亚氮推进剂能够采用自增压的方式，直接将氧化亚氮推进剂从氧化剂贮箱经氧化剂供应管路引入轨控发动机中，另外，燃料贮箱储存有燃料，示例性地，燃料为煤油、甲醇、乙醇等，在常温下，煤油、甲醇、乙醇等燃料的饱和蒸汽压力较小，氧化剂贮箱所储存的氧化亚氮推进剂通过增压管路引入燃料贮箱后，提高了燃料贮箱内的压力，进而使燃料贮箱内的燃料通过燃料供应管路引入轨控发动机中，保证引入轨控发动机中的燃料的压力符合要求。基于此，本发明提供的一种双组元姿轨控动力系统能够通过将一部分氧化亚氮推进剂引入燃料贮箱内，进而增大燃料贮箱内的压力，进而保证引入轨控发动机中的燃料的压力符合要求，无需再设置氦气引入装置和固定氦气引入装置的固定支架等结构，降低推进剂供应系统的复杂度，减小占用空间，且便于操作人员安装和维护。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
姿控发动机，姿控发动机通过氧化剂供应管路与氧化剂贮箱连通，氧化剂贮箱还用于将氧化亚氮推进剂引入姿控发动机中，姿控发动机内设置有氧化亚氮分解催化剂，用于将氧化亚氮分解为氮气和氧气。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
汽化装置，汽化装置设置于增压管路上，用于将液态氧化亚氮推进剂转换为气态。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
安全阀，安全阀的进气口与增压管路连通，安全阀的出气口用于与外部连通。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
隔离阀，隔离阀的进气口与增压管路连通，隔离阀的出气口与燃料贮箱连通，隔离阀用于使增压管路与燃料贮箱连通或断开。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
加热器，加热器设置于氧化剂贮箱的一侧，加热器用于对氧化剂贮箱加热。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
燃料减压阀，燃料减压阀设置于燃料供应管路上。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
氧化剂减压阀，氧化剂减压阀设置于氧化剂供应管路上。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括：
电点火器，电点火器设置于轨控发动机内，用于点燃引入轨控发动机内的燃料和氧化剂；
点火器电源，电点火器与点火器电源电连接，点火器电源用于为电点火器提供电能。
可选地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括汽化装置、隔离阀、加热器、电点火器和控制单元，汽化装置、隔离阀、加热器和电点火器均与控制单元电连接。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种双组元姿轨控动力系统的结构示意图。
附图标记：
1-轨控发动机；2-燃料贮箱；3-燃料供应管路；4-氧化剂贮箱；5-氧化剂供应管路；6-姿控发动机；7-汽化装置；8-安全阀；9-隔离阀；10-加热器；11-燃料减压阀；12-氧化剂减压阀；13-电点火器；14-点火器电源。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
目前，主要采用的增压方法为自生增压或氦气增压，针对常温下具有较高的饱和蒸汽压力的氧化剂或燃料，如氧化亚氮推进剂等，一般可采用自生增压的方式，通过推进剂自身的饱和蒸汽压力提供工作压力；对于常温下的饱和蒸汽压力较小的氧化剂或燃料，如煤油、甲醇、乙醇等，常采用冷氦加温增压的方式，将需要增压的推进剂贮箱连通氦气，氦气经过加热后通入需要增压的推进剂贮箱，通过氦气为其增压。因此，当双组元姿轨控动力系统的氧化剂为氧化亚氮推进剂，燃料为常温下的饱和蒸汽压力较小的燃料，如煤油、甲醇、乙醇等时，饱和蒸汽压力较小的燃料需要通过氦气增压的方式，即需要单独设置氦气引入装置和固定支架等，增加了管路和接头的数目，使推进剂供应系统更加复杂、占用空间大、安装维护不便。
为了解决上述问题，请参阅图1，本发明提供如了一种双组元姿轨控动力系统，包括轨控发动机1、燃料贮箱2和氧化剂贮箱4，燃料贮箱2的出口端通过燃料供应管路3与轨控发动机1连通，燃料贮箱2用于储存燃料，并将燃料引入轨控发动机1；氧化剂贮箱4通过氧化剂供应管路5与轨控发动机1连通，用于储存氧化亚氮推进剂并将氧化亚氮推进剂引入轨控发动机1，氧化剂贮箱4通过增压管路与燃料贮箱2的进口端连通，还用于将氧化亚氮推进剂引入燃料贮箱2中。
在具体工作过程中，氧化剂贮箱4内的氧化亚氮推进剂分两路，一部分通过氧化剂供应管路5引入轨控发动机1中，一部分通过增压管路引入燃料贮箱2中，使燃料贮箱2中的压力增大，进而使燃料贮箱2内的燃料通过燃料供应管路3引入轨控发动机1中，进而在轨控发动机1中混合并燃烧。
通过上述的双组元姿轨控动力系统和具体实施过程可知，本发明实施例提供的一种双组元姿轨控动力系统中，氧化剂贮箱4所储存的氧化亚氮推进剂常温下具有较高的饱和蒸汽压力，其饱和蒸汽压力一般在5MPa以上，远远高于发动机所需的入口压力(一般为2MPa-4MPa)，因此氧化亚氮推进剂能够采用自增压的方式，直接将氧化亚氮推进剂从氧化剂贮箱4经氧化剂供应管路5引入轨控发动机1中，另外，燃料贮箱2储存有燃料，示例性地，燃料为煤油、甲醇、乙醇等，在常温下，煤油、甲醇、乙醇等燃料的饱和蒸汽压力较小，氧化剂贮箱4所储存的氧化亚氮推进剂通过增压管路引入燃料贮箱2后，提高了燃料贮箱2内的压力，进而使燃料贮箱2内的燃料通过燃料供应管路3引入轨控发动机1中，保证引入轨控发动机1中的燃料的压力符合要求。相对现有技术，本发明实施例提供的一种双组元姿轨控动力系统能够通过将一部分氧化亚氮推进剂引入燃料贮箱2内，进而增大燃料贮箱2内的压力，进而保证引入轨控发动机1中的燃料的压力符合要求，无需再设置氦气引入装置和固定氦气引入装置的固定支架等结构，降低推进剂供应系统的复杂度，减小占用空间，且便于操作人员安装和维护。
具体地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括姿控发动机6，姿控发动机6通过氧化剂供应管路5与氧化剂贮箱4连通，氧化剂贮箱4还用于将氧化亚氮推进剂引入姿控发动机6中，姿控发动机6内设置有氧化亚氮分解催化剂，用于将氧化亚氮分解为氮气和氧气；需要说明的是，姿控发动机6可以是1个或者多个。在具体工作过程中，氧化剂贮箱4内的氧化亚氮推进剂流通至氧化剂供应管路5中后，一部分引入轨控发动机1中，并和燃料混合燃烧后从轨控发动机1中喷出产生推力，另一部分引入姿控发动机6，引入姿控发动机6中的氧化亚氮推进剂在氧化亚氮分解催化剂的催化作用下分解为氮气和氧气，气体体积增大，进而提高了姿控发动机6中的气体压力，气体从姿控发动机6中喷出产生推力，并通过姿控发动机6和轨控发动机1产生推力相配合、不同的姿控发动机6产生推力相配合，控制飞行的俯仰、偏航或滚动等；如此设置，能够只设置一个氧化剂贮箱4，即可实现轨控发动机1采用燃料和氧化亚氮推进剂的双组元推进剂混合点燃提供动力的同时，姿控发动机6只采用氧化亚氮推进剂的单组元推进剂分解提供动力，进一步简化结构。
具体地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括汽化装置7，汽化装置7设置于增压管路上，用于将液态氧化亚氮推进剂转换为气态。通过汽化装置7将增压管路内的液态氧化亚氮推进剂转换为气态，进一步提高流通至燃料贮箱2内的压力。
作为一种可选的方式，上述的双组元姿轨控动力系统还包括安全阀8，安全阀8的进气口与增压管路连通，安全阀8的出气口用于与外部连通。当增压管路内的气体压力高于预设值时，安全阀8打开，将部分气体排出，进而防止因增压管路内的气体压力过高导致事故发生。
作为一种可选的方式，上述的双组元姿轨控动力系统还包括隔离阀9，隔离阀9的进气口与增压管路连通，隔离阀9的出气口与燃料贮箱2连通，隔离阀9用于使增压管路与燃料贮箱2连通或断开。在轨控发动机1启动前，隔离阀9处于断开状态，进而使增压管路与燃料贮箱2断开，在启动轨控发动机1时，隔离阀9处于开启状态，进而使增压管路与燃料贮箱2连通，使氧化亚氮推进剂进入燃料贮箱2对其进行增压。
具体地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括加热器10，加热器10设置于氧化剂贮箱4的一侧，加热器10用于对氧化剂贮箱4加热。通过加热器10对氧化剂贮箱4加热，进而提高氧化剂贮箱4内的压力。
作为一种可能的实现方式，上述的双组元姿轨控动力系统还包括燃料减压阀11，燃料减压阀11设置于燃料供应管路3上。通过燃料减压阀11调节通过燃料供应管路3的燃料压力，进而保证燃料压力符合轨控发动机1的要求。
作为一种可能的实现方式，上述的双组元姿轨控动力系统还包括氧化剂减压阀12，氧化剂减压阀12设置于氧化剂供应管路5上。通过氧化剂减压阀12调节通过氧化剂供应管路5的氧化亚氮推进剂压力，进而保证氧化亚氮推进剂压力符合姿控发动机6的要求。
在一些实施例中，上述的双组元姿轨控动力系统还包括电点火器13和点火器电源14，电点火器13设置于轨控发动机1内，用于点燃引入轨控发动机1内的燃料和氧化剂；电点火器13与点火器电源14电连接，点火器电源14用于为电点火器13提供电能。
具体地，上述的双组元姿轨控动力系统还包括汽化装置7、隔离阀9、加热器10、电点火器13和控制单元，汽化装置7、隔离阀9、加热器10和电点火器13均与控制单元电连接。操作人员通过控制单元调节汽化装置7、隔离阀9、加热器10和电点火器13的开启或关闭。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种双组元姿轨控动力系统，其特征在于，包括：
轨控发动机；
燃料贮箱，所述燃料贮箱的出口端通过燃料供应管路与所述轨控发动机连通，所述燃料贮箱用于储存燃料，并将燃料引入所述轨控发动机；
氧化剂贮箱，所述氧化剂贮箱通过氧化剂供应管路与所述轨控发动机连通，用于储存氧化亚氮推进剂并将氧化亚氮推进剂引入所述轨控发动机，所述氧化剂贮箱通过增压管路与所述燃料贮箱的进口端连通，还用于将氧化亚氮推进剂引入所述燃料贮箱中。
2.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
姿控发动机，所述姿控发动机通过所述氧化剂供应管路与所述氧化剂贮箱连通，所述氧化剂贮箱还用于将氧化亚氮推进剂引入所述姿控发动机中，所述姿控发动机内设置有氧化亚氮分解催化剂，用于将氧化亚氮分解为氮气和氧气。
3.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
汽化装置，所述汽化装置设置于所述增压管路上，用于将液态氧化亚氮推进剂转换为气态。
4.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
安全阀，所述安全阀的进气口与所述增压管路连通，所述安全阀的出气口用于与外部连通。
5.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
隔离阀，所述隔离阀的进气口与所述增压管路连通，所述隔离阀的出气口与所述燃料贮箱连通，所述隔离阀用于使所述增压管路与所述燃料贮箱连通或断开。
6.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
加热器，所述加热器设置于所述氧化剂贮箱的一侧，所述加热器用于对所述氧化剂贮箱加热。
7.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
燃料减压阀，所述燃料减压阀设置于燃料供应管路上。
8.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
氧化剂减压阀，所述氧化剂减压阀设置于氧化剂供应管路上。
9.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括：
电点火器，所述电点火器设置于所述轨控发动机内，用于点燃引入所述轨控发动机内的燃料和氧化剂；
点火器电源，所述电点火器与所述点火器电源电连接，所述点火器电源用于为所述电点火器提供电能。
10.根据权利要求1所述的双组元姿轨控动力系统，其特征在于，所述双组元姿轨控动力系统还包括汽化装置、隔离阀、加热器、电点火器和控制单元，所述汽化装置、所述隔离阀、所述加热器和所述电点火器均与所述控制单元电连接。
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2023
- 2023-05-30 CN CN202310625718.9A patent/CN116771546A/zh active Pending
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