一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统的制作方法

本实用新型属于泵压式液体火箭发动机领域，具体涉及一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统。

背景技术：

随着可重复火箭技术的发展，液体火箭发动机的起动次数受到了较大的关注；泵压式液体火箭发动机是液体火箭发动机的一种，一般是推力量级较大的发动机，该类发动机通常采用涡轮泵作为系统的增压组件，涡轮泵的起动方式及起动次数一般决定了发动机的工作次数。

涡轮泵的起动方式一般包括固体火药起动和高压气体起动，固体火药起动采用火药药柱燃烧产生的高温燃气驱动涡轮转动，这种起动方式需要并联或串联多个固体火药药柱才能实现多次起动，但起动次数受到火药药柱数量的限制，这样便造成了空间布局的局限性，增加了起动系统的体积，一般采用固体火药起动的火箭发动机最多起动三次，此外，固体火药残渣有可能对系统下游组件带来不可逆的影响；高压气体起动通常使用常温高压预充填惰性气体驱动涡轮转动，起动过程平稳、无污染，使用维护性好，但是起动次数取决于气瓶的容积、压力以及气瓶的个数，由于常温气体能量密度低，多次起动需要的气瓶容积较大或个数较多，起动次数也严重受到限制，并且还会额外增加系统的质量。

技术实现要素：

本实用新型目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统，采用一套起动装置，不必因为需要多次起动而安装相应次数的起动装置，是一种能够实现多次起动的可重复使用、结构轻量化起动方案。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统，包括：

用于点火燃烧产生推力的推力室；

用于向所述推力室提供推进剂的推进剂贮箱；

用于向所述推进剂贮箱提供动力的涡轮泵；

用于驱动所述涡轮泵首次运转的高压气瓶；

用于驱动所述涡轮泵持续运转的燃气发生器；

所述推进剂贮箱还用于向所述燃气发生器提供推进剂，所述燃气发生器还用于向所述高压气瓶内充入燃气。

进一步的，所述高压气瓶通过气体管路与所述涡轮泵连接，所述气体管路上沿气体流动的方向依次设有气体阀和减压阀。

进一步的，所述燃气发生器通过第一燃气管路和第二燃气管路分别与所述涡轮泵和高压气瓶连接，所述第二燃气管路上设有燃气阀。

进一步的，所述推进剂贮箱通过第一推进剂管路与所述推力室连接，所述第一推进剂管路上设有第一节流器。

进一步的，所述推进剂贮箱通过第二推进剂管路与所述燃气发生器连接，所述第二推进剂管路上设有第二节流器。

还提供了一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统，包括：

用于点火燃烧产生推力的推力室；

用于向所述推力室提供推进剂的推进剂贮箱；

用于向所述推进剂贮箱提供动力的涡轮泵；

用于驱动所述涡轮泵首次运转的高压气瓶；

用于驱动所述涡轮泵持续运转的燃气发生器；

所述推进剂贮箱还用于向所述燃气发生器提供推进剂，所述推力室还用于向所述高压气瓶内充入燃气。

进一步的，所述高压气瓶通过气体管路与所述涡轮泵连接，所述气体管路上沿气体流动的方向依次设有气体阀和减压阀。

进一步的，所述燃气发生器通过第一燃气管路与所述涡轮泵连接，所述推力室通过第二燃气管路与所述高压气瓶连接，所述第二燃气管路上设有燃气阀。

进一步的，所述推进剂贮箱通过第一推进剂管路与所述推力室连接，所述第一推进剂管路上设有第一节流器。

进一步的，所述推进剂贮箱通过第二推进剂管路与所述燃气发生器连接，所述第二推进剂管路上设有第二节流器。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型在发动机首次起动时，通过高压气瓶向涡轮泵中注入气体驱动涡轮首次旋转，进而驱动推进剂贮箱将推进剂分别注入推力室和燃气发生器内，推进剂在推力室内燃烧为发动机提供动力，完成发动机的首次起动，推进剂在燃气发生器内燃烧产生燃气，燃气进入涡轮泵内，继续驱动涡轮做功，持续的驱动推进剂贮箱将推进剂分别注入推力室和燃气发生器内，并且推力室或者燃气发生器内产生的燃气可以充入高压气瓶内，作为发动机下次起动时首先驱动涡轮泵内涡轮旋转的气体，如此便可以实现发动机的多次起动，不会因为需要实现多次起动而增加额外的系统质量以及系统体积，利用首次起动时采用的高压气瓶作为发动机后续起动的能源储存组件，减少了发动机多次起动所需的组件数量和质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为实施例1中用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统的示意图；

图2为实施例2中用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统的示意图。

具体实施方式

为了更充分的理解本实用新型的技术内容，下面将结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步介绍和说明。

实施例1

如图1所示，本实施例所示的一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统，包括用于点火燃烧为发动机提供驱动力的推力室1、用于向推力室1提供推进剂的推进剂贮箱2、用于向推进剂贮箱2提供动力的涡轮泵3、用于驱动涡轮泵3首次运转的高压气瓶4和用于驱动涡轮泵3持续运转的燃气发生器5，推进剂贮箱2还用于向燃气发生器5提供推进剂，燃气发生器5还用于向高压气瓶4内充入燃气；在发动机首次起动前，高压气瓶4内预填充有一定量的氮气或氦气等惰性气体，通过高压气瓶4向涡轮泵3内注入惰性气体，惰性气体流入涡轮泵3内驱动涡轮做功，带动涡轮泵3首次运转，驱动推进剂贮箱2向推力室1和燃气发生器5内注入推进剂，推进剂在推力室1燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机起动，推进剂在燃气发生器5内燃烧产生的燃气一路进入涡轮泵3内驱动涡轮泵3的持续运转，另一路填充进入高压气瓶4内，为发动机的下一次起动储备高压气体。

具体的，高压气瓶4通过气体管路41与涡轮泵3连接，在气体管路41上沿着气体流动的方向依次设有气体阀42和减压阀43；其中气体阀42为控制阀，气体阀42的开关能够控制高压气瓶4是否向涡轮泵3内注入气体，控制气体的流动时机，可以根据发动机的工作需要按一定时序打开与关闭，减压阀43能够保证气体管路41不过载的前提下,降低气体管路41的压力，可以控制气体的压力和流量，保证涡轮泵3有一个更好的起动条件。

具体的，推进剂贮箱2上连接设有第一推进剂管路21和第二推进剂管路22，第一推进剂管路21的另一端连接至推力室1内，第二推进剂管路22的另一端连接至燃气发生器5内；推进剂贮箱2通过第一推进剂管路21向推力室1内注入推进剂，推进剂贮箱2通过第二推进剂管路22向燃气发生器5内注入推进剂。

具体的，在第一推进剂管路21上沿着推进剂流动的方向设有第一节流器23，在第二推进剂管路22上沿着推进剂流动的方向设有第二节流器24；第一节流器23和第二节流器24能够节制推进剂的流动从而分别对第一推进剂管路21和第二推进剂管路22的管内产生压降，对第一推进剂管路21和第二推进剂管路22产生保护作用。

具体的，燃气发生器5通过第一燃气管路51与涡轮泵3连接，推进剂经由第二推进剂管路22注入燃气发生器5内后，在燃气发生器5内组织点火燃烧，产生高温、高压燃气，燃气沿着第一燃气管路51进入涡轮泵3内，燃气进入涡轮泵3内可以继续驱动涡轮做功。

具体的，燃气发生器5通过第二燃气管路52与高压气瓶4连接，推进剂经由第二推进剂管路22注入燃气发生器5内后，在燃气发生器5内组织点火燃烧，产生高温、高压燃气，燃气可以沿着第二燃气管路52进入高压气瓶4内，为高压气瓶4内充入燃气，为发动机的下一次起动储备高压气体。

具体的，在第二燃气管路52上设有燃气阀53，燃气阀53为单向阀；燃气阀53能够自动控制燃气在第二燃气管路52内的流向，使得燃气只能够从燃气发生器5内沿着第二燃气管路52流向高压气瓶4，防止燃气从高压气瓶4回流至燃气发生器5，当高压气瓶4内的压力值和燃气发生器5出口处的压力值相同时，燃气便停止进入高压气瓶4，此时高压气瓶4内便冲入了一定量的高压燃气。

本实施例中，在发动机首次起动前，高压气瓶4内预填充有一定量的氮气或氦气等惰性气体，发动机首次起动时，首先打开气体阀42，使高压气瓶4内的惰性气体沿着气体管路41流经气体阀42和减压阀43进入涡轮泵3内驱动涡轮做功，然后一段时间后关闭气体阀42，涡轮泵3内的涡轮做功驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第一推进剂管路21注入推力室1内，驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第二推进剂管路22注入燃气发生器5内，推进剂在推力室1内燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机的首次起动，推进剂在燃气发生器5内组织点火、燃烧，产生高温、高压燃气，燃气沿着第一燃气管路51进入涡轮泵3内，继续驱动涡轮做功，持续的驱动推进剂贮箱2将推进剂分别注入推力室1和燃气发生器5内，同时，燃气还可以沿着第二燃气管路52进入高压气瓶4内，为高压气瓶4内填充下次起动所需要的燃气，当高压气瓶4内的压力值和燃气发生器5出口处的压力值相同时，燃气停止进入高压气瓶4，此时高压气瓶4内充入了一定量的高温高压燃气。

当发动机第二次起动时，打开气体阀42，使发动机首次起动时充入高压气瓶4内的燃气沿着气体管路41流经气体阀42和减压阀43进入涡轮泵3内驱动涡轮做功，然后一段时间后关闭气体阀42，涡轮泵3内的涡轮做功驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第一推进剂管路21注入推力室1内，驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第二推进剂管路22注入燃气发生器5内，推进剂在推力室1内燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机的第二次起动，推进剂在燃气发生器5内组织点火、燃烧，产生高温、高压燃气，燃气沿着第一燃气管路51进入涡轮泵3内，继续驱动涡轮做功，持续的驱动推进剂贮箱2将推进剂分别注入推力室1和燃气发生器5内，同时，燃气还可以沿着第二燃气管路52进入高压气瓶4内，为高压气瓶4内填充下次起动所需要的燃气，当高压气瓶4内的压力值和燃气发生器5出口处的压力值相同时，燃气停止进入高压气瓶4，此时高压气瓶4内充入了一定量的高温高压燃气。

发动机后续再次起动时，起动方式和第二次起动方式相同，该系统可以实现较多次起动，直到推进剂贮箱2内的推进剂耗尽为止。

实施例2

如图2所示，本实施例所示的一种用于泵压式液体火箭发动机的气瓶多次起动系统，包括用于点火燃烧为发动机提供驱动力的推力室1、用于向推力室1提供推进剂的推进剂贮箱2、用于向推进剂贮箱2提供动力的涡轮泵3、用于驱动涡轮泵3首次运转的高压气瓶4和用于驱动涡轮泵3持续运转的燃气发生器5，推进剂贮箱2还用于向燃气发生器5提供推进剂，推力室1还用于向高压气瓶4内充入燃气；在发动机首次起动前，高压气瓶4内预填充有一定量的氮气或氦气等惰性气体，通过高压气瓶4向涡轮泵3内注入气体，气体流入涡轮泵3内驱动涡轮做功，带动涡轮泵3首次运转，驱动推进剂贮箱2向推力室1和燃气发生器5内注入推进剂，推进剂在燃气发生器5内燃烧产生的燃气进入涡轮泵3内驱动涡轮泵3的持续运转，推进剂在推力室1燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机起动，同时，燃烧产生的燃气可以填充进入高压气瓶4内，为发动机的下一次起动储备高压气体。

具体的，高压气瓶4通过气体管路41与涡轮泵3连接，在气体管路41上沿着气体流动的方向依次设有气体阀42和减压阀43；其中气体阀42为控制阀，其开关能够控制高压气瓶4是否向涡轮泵3内注入气体，控制气体的流动时机，可以根据发动机的工作需要按一定时序打开与关闭，减压阀43能够保证气体管路41不过载的前提下,降低气体管路41的压力，可以控制气体的压力和流量，保证涡轮泵3有一个更好的起动条件。

具体的，推进剂贮箱2上连接设有第一推进剂管路21和第二推进剂管路22，第一推进剂管路21的另一端连接至推力室1内，第二推进剂管路22的另一端连接至燃气发生器5内；推进剂贮箱2通过第一推进剂管路21向推力室1内注入推进剂，推进剂贮箱2通过第二推进剂管路22向燃气发生器5内注入推进剂。

具体的，在第一推进剂管路21上沿着推进剂流动的方向设有第一节流器23，在第二推进剂管路22上沿着推进剂流动的方向设有第二节流器24；第一节流器23和第二节流器24能够节制推进剂的流动从而分别对第一推进剂管路21和第二推进剂管路22的管内产生压降，对第一推进剂管路21和第二推进剂管路22产生保护作用。

具体的，燃气发生器5通过第一燃气管路51与涡轮泵3连接，推进剂经由第二推进剂管路22注入燃气发生器5内后，在燃气发生器5内组织点火燃烧，产生高温、高压燃气，燃气沿着第一燃气管路51进入涡轮泵3内，燃气进入涡轮泵3内可以继续驱动涡轮做功。

具体的，推力室1通过第二燃气管路12与高压气瓶4连接，推进剂经由第一推进剂管路21注入推力室1内后，在推力室1内组织点火燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机起动，燃烧所产生的高温、高压燃气可以沿着第二燃气管路12进入高压气瓶4内，为高压气瓶4内充入燃气，为发动机的下一次起动储备高压气体。

具体的，在第二燃气管路12上设有燃气阀11，燃气阀11为单向阀；燃气阀11能够自动控制燃气在第二燃气管路12内的流向，使得燃气只能够从推力室1内沿着第二燃气管路12流向高压气瓶4，防止燃气从高压气瓶4回流至推力室1内，当高压气瓶4内的压力值和推力室1出口处的压力值相同时，燃气便停止进入高压气瓶4，此时高压气瓶4内便冲入了一定量的高压燃气。

本实施例中，在发动机首次起动前，高压气瓶4内预填充有一定量的氮气或氦气等惰性气体，发动机首次起动时，首先打开气体阀42，使高压气瓶4内的惰性气体沿着气体管路41流经气体阀42和减压阀43进入涡轮泵3内驱动涡轮做功，然后一段时间后关闭气体阀42，涡轮泵3内的涡轮做功驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第一推进剂管路21注入推力室1内，驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第二推进剂管路22注入燃气发生器5内，推进剂在推力室1内燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机的首次起动，同时，推进剂在推力室1内燃烧产生的燃气还可以沿着第二燃气管路12进入高压气瓶4内，为高压气瓶4内填充下次起动所需要的燃气，当高压气瓶4内的压力值和燃气发生器5出口处的压力值相同时，燃气停止进入高压气瓶4，此时高压气瓶4内充入了一定量的高温高压燃气；推进剂在燃气发生器5内组织点火、燃烧，产生高温、高压燃气，燃气沿着第一燃气管路51进入涡轮泵3内，继续驱动涡轮做功，持续的驱动推进剂贮箱2将推进剂分别注入推力室1和燃气发生器5内。

当发动机第二次起动时，打开气体阀42，使发动机首次起动时充入高压气瓶4内的燃气沿着气体管路41流经气体阀42和减压阀43进入涡轮泵3内驱动涡轮做功，然后一段时间后关闭气体阀42，涡轮泵3内的涡轮做功驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第一推进剂管路21注入推力室1内，驱动推进剂贮箱2将推进剂沿着第二推进剂管路22注入燃气发生器5内，推进剂在推力室1内燃烧为发动机提供驱动力，完成发动机的第二次起动，同时，推进剂在推力室1内燃烧产生的燃气还可以沿着第二燃气管路12进入高压气瓶4内，为高压气瓶4内填充下次起动所需要的燃气，当高压气瓶4内的压力值和燃气发生器5出口处的压力值相同时，燃气停止进入高压气瓶4，此时高压气瓶4内充入了一定量的高温高压燃气；推进剂在燃气发生器5内组织点火、燃烧，产生高温、高压燃气，燃气沿着第一燃气管路51进入涡轮泵3内，继续驱动涡轮做功，持续的驱动推进剂贮箱2将推进剂分别注入推力室1和燃气发生器5内。

发动机后续再次起动时，起动方式和第二次起动方式相同，该系统可以实现较多次起动，直到推进剂贮箱2内的推进剂耗尽为止。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。