CN203906121U - 一种过氧化氢辅助点火装置及涡喷发动机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种过氧化氢辅助点火装置及涡喷发动机系统，包括过氧化氢储存容器、过氧化氢催化装置、过氧化氢控制阀、燃料储存容器和燃料控制阀，所述过氧化氢储存容器通过过氧化氢管路连通涡喷发动机的燃烧室，所述过氧化氢管路上设置所述过氧化氢控制阀和所述过氧化氢催化装置，所述过氧化氢催化装置用于对过氧化氢进行催化而得到氧气和水，所述燃料储存容器通过燃料管路连通所述涡喷发动机的燃烧室，所述燃料控制阀设置在所述燃料管路上。本过氧化氢辅助点火装置解决了在氧气稀薄的高空环境中涡喷发动机难以实现迅速点火之难题，特别适合于驱动机载短程导弹、训练靶机等在高空环境中工作且对快速启动有较高要求的涡喷发动机。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种涡喷发动机点火装置，尤其涉及一种过氧化氢辅助点火装置及涡喷发动机系统。
【背景技术】
涡喷发动机是一种完全依靠燃气喷气产生推力的发动机，涡喷发动机具有推重比高、结构简单、能量密度高等优点，常用作导弹、靶机等的动力装置。
导弹、靶机等在现代军事领域中发挥着重要的作用，导弹、靶机对发动机的快速启动性能有较高的要求。通常涡喷发动机的启动是依靠涡喷发动机前端的高速电动机(例如转速在18,000rpm左右)带动涡喷发动机涡轮轴和压气机旋转，在氧气浓度较高的环境中，该转速下的压气机供应的氧气可满足涡喷发动机高效燃烧对氧化剂的需求。并且当机载导弹高空投射时，由于高空环境空气稀薄氧气不足，此时，若同样采用涡喷发动机前端的高速电动机带动压气机旋转为涡喷发动机燃烧提供氧气，在压气机的转速达到正常工作转速之前，该产生的氧气量一般难以满足涡喷发动机高效燃烧的需求，进而导致涡喷发动机的动力不足而发生飞行器坠落等严重事故。
【实用新型内容】
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种过氧化氢辅助点火装置，以提高飞行器的安全性。
一种过氧化氢辅助点火装置，包括过氧化氢储存容器、过氧化氢催化装置、过氧化氢控制阀、燃料储存容器和燃料控制阀，所述过氧化氢储存容器通过过氧化氢管路连通涡喷发动机的燃烧室，所述过氧化氢管路上设置所述过氧化氢控制阀和所述过氧化氢催化装置，所述过氧化氢催化装置用于对过氧化氢进行催化而得到氧气和水，所述燃料储存容器通过燃料管路连通所述涡喷发动机的燃烧室，所述燃料控制阀设置在所述燃料管路上。
在一个实施例中，所述过氧化氢管路包括位于所述燃烧室内的螺旋状喷管，所述螺旋状喷管的管壁上设有通孔。
在一个实施例中，所述过氧化氢催化装置包括过氧化氢入口、过氧化氢催化部件、过氧化氢分解气出口以及多个过氧化氢分配部件，所述过氧化氢入口、过氧化氢分配部件、过氧化氢催化部件和过氧化氢分解气出口依次设置在过氧化氢的流向路径上，所述过氧化氢入口和过氧化氢分解气出口分别接入所述过氧化氢管路，相邻的过氧化氢分配部件之间具有过氧化氢通道，所述过氧化氢入口通过所述过氧化氢通道与所述过氧化氢催化部件连通，所述过氧化氢催化部件上设有过氧化氢催化剂。
在一个实施例中，所述过氧化氢催化部件包括第一过氧化氢催化部件和第二过氧化氢催化部件，第一过氧化氢催化部件和第二过氧化氢催化部件分别靠近所述过氧化氢分配部件和过氧化氢分解气出口，所述第一过氧化氢催化部件与过氧化氢分配部件之间、所述第一过氧化氢催化部件与第二过氧化氢催化部件之间均设有止流部件。
在一个实施例中，所述过氧化氢储存容器上设有过氧化氢增压口，所述过氧化氢增压口用于向过氧化氢储存容器中注入增压气体以防止过氧化氢和/或过氧化氢分解后的气体回流。
在一个实施例中，所述过氧化氢催化装置含有陶瓷粒子催化剂或银催化剂。
在一个实施例中，所述燃料储存容器与燃料控制阀之间设有用于当所述过氧化氢控制阀打开设定时间段后输送燃料的燃料输送泵。
在一个实施例中，所述过氧化氢管路经过所述燃烧室的壁进入所述燃烧室。
在一个实施例中，所述过氧化氢控制阀与控制电路连接，用于当所述涡喷发动机点火时打开。
本实用新型还提供了一种涡喷发动机系统，包括涡喷发动机，还包括任一所述的过氧化氢辅助点火装置。
本过氧化氢辅助点火装置解决了在氧气稀薄的高空环境中涡喷发动机难以实现迅速点火之难题，特别适合于驱动机载短程导弹、训练靶机等在高空环境中工作且对快速启动有较高要求的涡喷发动机。
【附图说明】
图1是本实用新型一种实施例的过氧化氢辅助点火装置的系统示意图；
图2是本实用新型另一种实施例的过氧化氢辅助点火装置的部分系统示意图；
图3是本实用新型另一种实施例的过氧化氢辅助点火装置的过氧化氢催化装置结构示意图。
【具体实施方式】
以下对实用新型的较佳实施例作进一步详细说明。
在一些实施例中，在涡喷发动机启动时，该过氧化氢辅助点火装置，首先使过氧化氢(可以采用高浓度过氧化氢high test peroxide，简称HTP)经过含有过氧化氢催化剂的催化装置而发生剧烈的分解反应，生成由水蒸气和氧气所组成的高温高压混合气并导入涡喷发动机的燃烧室。在延迟设定时间后，如1-2秒后，燃料供应系统启动，当雾化的燃料如矿物油等与高浓度过氧化氢的高温分解气相遇时，迅速燃烧并释放大量的能量，驱动涡喷发动机工作而输出动力，涡喷发动机进入了具有正常转速的正常工作状态。当涡喷发动机完成点火之后，涡喷发动机进入正常循环工作状态，此时，当涡喷发动机正常工作时，压气机的转速达到正常工作转速时，高速压气机供应的氧气(即使在氧气稀薄的高空环境中)可满足涡喷发动机的高效燃烧需求，过氧化氢辅助点火装置将停止工作；此时，涡喷发动机的燃料燃烧所需要的氧气由压气机提供，涡喷发动机将保持持续的燃烧释放能量而输出动力。
图1是过氧化氢辅助点火装置系统简图，其包括燃料供应子系统、辅助燃料供应子系统、电控单元ECU等组成部分。所述燃料供应子系统包括燃料输送泵6、燃料储存容器7、燃料加注口8、燃料安全阀9、燃料压力传感器10、燃料控制阀11和燃料管路111。所述辅助燃料供应子系统包括过氧化氢储存容器1、过氧化氢增压口2、安全阀3、过氧化氢压力传感器4、过氧化氢控制阀16、过氧化氢催化装置15和过氧化氢加注口，其中过氧化氢增压口2同时可以作为该过氧化氢加注口。
当涡喷发动机18点火启动时，电控单元ECU5同时首先向过氧化氢控制阀16发出指令信号，过氧化氢控制阀导通。这样，已增压而具有一定压力的过氧化氢储存容器1内的过氧化氢经过过氧化氢控制阀16，在过氧化氢催化装置15发生剧烈的催化分解反应，并生成包含氧气的混合物，如氧气和水蒸气所组成的高温混合气；所生成的高温混合气分若干路(图1中示出了两路，一路位于涡喷发动机18的下方，另一路位于涡喷发动机18的上方)进入涡喷发动机18，设置于涡喷发动机18内的管路通过燃烧室13壁面上的小孔将反应生成的高温混合气喷入涡喷发动机18的燃烧室13内。在经过设定时间后，例如1-2秒的时间延迟后，电控单元ECU5向燃料控制阀11发出开启指令，燃料经过燃料输送泵6、燃料控制阀11分为若干路进入涡轮喷气发动机18的燃烧室13(图1中只示出两路，分别位于发动机18的上方和下方)。在燃烧室13内，当雾化燃料(如矿物燃油)与过氧化氢的高温分解气相遇时，将发生剧烈的燃烧反应并释放大量的能量，此时雾化燃料点火和燃烧所需氧气和能量主要由过氧化氢分解气提供。
涡喷发动机18工作时需燃料由燃料加注口2加注至燃料储存罐内。过氧化氢储存罐1内的过氧化氢通过过氧化氢加注口加注，过氧化氢加注口或增压口2后设有安全阀3，所加注的过氧化氢的是高浓度过氧化氢，其质量百分比优选大于70％。过氧化氢在加注完成之后，将增压气体通过过氧化氢增压口2注入过氧化氢储存容器1内，增压气体可以采用惰性气体例如氮气，利用高压氮气通过过氧化氢增压口对过氧化氢储存罐1内的过氧化氢进行增压，以克服工作时过氧化氢在管路中流动时的能量损失，防止工作时出现过氧化氢和/或其分解气回流现象发生。
图2所示为本实用新型第二种实施例，该实施例需在燃烧室13内设置一螺旋形喷管17，过氧化氢分解生成的氧气和水蒸汽高温混合气通过入口172进入涡喷发动机18的燃烧室13内的螺旋形喷管17中，高温混合气体由螺旋形喷管17管壁上的小孔171及其末端喷嘴173喷出，释放能量和氧气。本实施例能够保证过氧化氢分解所释放的能量和氧气在燃烧室13内均匀分布，分解产生的氧气能够和燃料充分混合。
过氧化氢催化装置的催化剂可采用陶瓷粒子催化剂或银催化剂，陶瓷离子催化剂主要由高强度、耐高温、高比面积的基体材料如γ-Al2O3，以及对过氧化氢具有剧烈催化作用的锰离子、银离子、铜离子、锌离子、钡离子等金属粒子按一定比例高温焙烧而成。图3所示为一种实施例过氧化氢催化装置(例如催化床)的示意图，其包括过氧化氢入口15-1、过氧化氢分配部件15-2、第一止流装置15-3和第二止流装置15-5、第一过氧化氢催化部件15-4和第二过氧化氢催化部件15-6以及支撑板15-7和过氧化氢分解气出口15-8，过氧化氢入口15-1、过氧化氢分配部件15-2、过氧化氢催化部件15-4、15-6和过氧化氢分解气出口15-8依次设置在过氧化氢的流向路径上，所述过氧化氢入口15-1和过氧化氢分解气出口15-8分别接入所述过氧化氢管路161，相邻的过氧化氢分配部件12之间具有过氧化氢通道，过氧化氢由过氧化氢入口15-1进入氧化氢催化装置，过氧化氢分配部件15-2使得过氧化氢的分布更加均匀地经过第一过氧化氢催化部件15-4和第二过氧化氢催化部件15-6，提高催化效率。在过氧化氢分配部件15-2和第一过氧化氢催化部件15-4、以及第一过氧化氢催化部件15-4和第二过氧化氢催化部件15-6之间分别设有第一止流装置15-3和第二止流装置15-5，第一止流装置15-3和第二止流装置15-5可确保过氧化氢从过氧化氢催化部件的催化端面流过。在第二过氧化氢催化部件15-6和过氧化氢分解气出口之间设有支撑板15-7，本实施例的过氧化氢催化装置可以采用银催化剂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种过氧化氢辅助点火装置，其特征是，包括过氧化氢储存容器、过氧化氢催化装置、过氧化氢控制阀、燃料储存容器和燃料控制阀，所述过氧化氢储存容器通过过氧化氢管路连通涡喷发动机的燃烧室，所述过氧化氢管路上设置所述过氧化氢控制阀和所述过氧化氢催化装置，所述过氧化氢催化装置用于对过氧化氢进行催化而得到氧气和水，所述燃料储存容器通过燃料管路连通所述涡喷发动机的燃烧室，所述燃料控制阀设置在所述燃料管路上。
2.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢管路包括位于所述燃烧室内的螺旋状喷管，所述螺旋状喷管的管壁上设有通孔。
3.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢催化装置包括过氧化氢入口、过氧化氢催化部件、过氧化氢分解气出口以及多个过氧化氢分配部件，所述过氧化氢入口、过氧化氢分配部件、过氧化氢催化部件和过氧化氢分解气出口依次设置在过氧化氢的流向路径上，所述过氧化氢入口和过氧化氢分解气出口分别接入所述过氧化氢管路，相邻的过氧化氢分配部件之间具有过氧化氢通道，所述过氧化氢入口通过所述过氧化氢通道与所述过氧化氢催化部件连通，所述过氧化氢催化部件上设有过氧化氢催化剂。
4.如权利要求3所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢催化部件包括第一过氧化氢催化部件和第二过氧化氢催化部件，第一过氧化氢催化部件和第二过氧化氢催化部件分别靠近所述过氧化氢分配部件和过氧化氢分解气出口，所述第一过氧化氢催化部件与过氧化氢分配部件之间、所述第一过氧化氢催化部件与第二过氧化氢催化部件之间均设有止流部件。
5.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢储存容器上设有过氧化氢增压口，所述过氧化氢增压口用于向过氧化氢储存容器中注入增压气体以防止过氧化氢和/或过氧化氢分解后的气体回流。
6.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢催化装置含有陶瓷粒子催化剂或银催化剂。
7.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述燃料储存容器与燃料控制阀之间设有用于当所述过氧化氢控制阀打开设定时间段后输送燃料的燃料输送泵。
8.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢管路经过所述燃烧室的壁进入所述燃烧室。
9.如权利要求1所述的过氧化氢辅助点火装置，其特征是：所述过氧化氢控制阀与控制电路连接，用于当所述涡喷发动机点火时打开。
10.一种涡喷发动机系统，包括涡喷发动机，其特征是，还包括如权利要求1至9任一所述的过氧化氢辅助点火装置。
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|---|---|---|---|---|
| CN112178690A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-05 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种燃烧室机匣 |
| CN113530714A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-10-22 | 西安空天引擎科技有限公司 | 一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统 |
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