一种燃气自增压式混合火箭发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机设计领域，尤其涉及一种燃气自增压式混合火箭发动机。
【背景技术】
[0002]目前，固液混合火箭发动机一般采用液体氧化剂和固体燃料的组合方式，由液体氧化剂贮箱、液体管路输送系统、高压气瓶或涡轮栗、氧化剂喷注器、固体燃料燃烧室和喷管等部分组成。固液混合火箭发动机的工作过程是:氧化剂在高压气瓶挤压或者涡轮栗的驱动作用下，通过喷注器雾化进入主燃料上游的预燃室或气化室，形成的氧化剂气体在燃料通道内与燃料热解气体进行扩散燃烧，最后生成高温燃气通过喷管排出产生推力。
[0003]传统的固液混合火箭发动机采用HTPB、PE等碳氢化合物作为燃料，添加少量或者不添加金属粉末，燃料密度低；在扩散燃烧的过程中，燃面不同位置的流动参数和局部混合比不相同，会造成燃料退移速率的差异，导致燃烧效率较低，比冲性能难以充分发挥；在推力调节过程中，由于氧燃比变化较大，发动机性能变化也较大；另外，受固体燃料燃面退移速率的限制，传统固液混合火箭发动机为了获得需求的推力，通常采用多孔、多段的装药结构形式，装药结构复杂，体积装填分数低、且容易产生较多残药。。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种燃气自增压式混合火箭发动机，利用贫氧燃气发生器一次燃烧产生的富燃燃气与液态氧化剂在燃烧室中进行二次掺混燃烧释放能量；同时，利用燃气发生器压力比燃烧室压力高的这一特性，将燃气发生器产生的一部分燃气引入氧化剂贮箱作为氧化剂的挤压气体，实现自增压，可大幅简化氧化剂供应系统的复杂性。
[0005]本发明提供一种燃气自增压式混合火箭发动机，其包括:氧化剂贮箱、氧化剂控制阀、单向阀、氧化剂喷注器、喷管、流量调节阀、贫氧燃气发生器、过滤器、减压器；
[0006]其中:氧化剂贮箱内设密封活塞，该密封活塞将氧化剂贮箱的内腔分隔成两个密封空腔，且其中一个密封空腔内装有氧化剂；贫氧燃气发生器一端为密封端，另一端设有喷管，且在密封端处浇筑有药柱，在贫氧燃气发生器未浇筑药柱的空腔内设有流量调节阀，流量调节阀将该未浇筑药柱的空腔分隔成两个空腔，且靠近喷管的空腔为二次燃烧室；
[0007]连接关系为:氧化剂贮箱的装有氧化剂的密封空腔通过第一管道与氧化剂喷注器连接，在该第一管道上从装有氧化剂的密封空腔开始依次设有氧化剂控制阀和单向阀，管道氧化剂喷注器安装于贫氧燃气发生器的二次燃烧室内；且靠近贫氧燃气发生器密封端的空腔通过第二管道与氧化剂贮箱连接，且该第二管道上从靠近贫氧燃气发生器密封端的空腔开始依次设有过滤器和减压器。
[0008]进一步的，药柱在靠近流量调节阀一端上设有点火药包。
[0009]有益效果:
[0010]本发明设计的燃气自增压混合火箭发动机，利用贫氧燃气发生器压力比燃烧室压力高的特性，由于将燃气发生器产生的部分燃气引入氧化剂贮箱作为挤压气体，实现燃气自增压，实现燃气自增压，不需要高压气瓶或者涡轮栗，大幅简化了氧化剂供应系统的结构质量和复杂性，降低了动力系统的消极质量。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的燃气自增压式混合火箭发动机示意图。
[0012]其附图标记为:1_氧化剂贮箱；2_氧化剂控制阀；3_单向阀；4_氧化剂喷注器；
5-喷管；6_流量调节阀；7_贫氧燃气发生器；8_过滤器；9_减压器。
【具体实施方式】
[0013]本发明试验装置结构如图1所示，包括:氧化剂贮箱1、氧化剂控制阀2、单向阀3、氧化剂喷注器4、喷管5、流量调节阀6、贫氧燃气发生器7、过滤器8、减压器9。
[0014]氧化剂贮箱I内设密封活塞，该密封活塞将氧化剂贮箱I分成第一贮箱和第二贮箱；第二贮箱内装有氧化剂；贫氧燃气发生器7内部一端浇筑有药柱，另一端留有留有空腔，空腔内设有流量调节阀6，流量调节阀6将空腔分为第一空腔和二次燃烧室；
[0015]氧化剂贮箱I的第二贮箱通过第一管道与氧化剂喷注器4连接，在该第一管道上从第二贮箱开始依次设有氧化剂控制阀2、单向阀3 ;管道氧化剂喷注器4安装于贫氧燃气发生器7的二次燃烧室内；贫氧燃气发生器7的第一空腔通过第二管道与氧化剂贮箱I连接，且该第二管道上从第一空腔开始依次设有过滤器8和减压器9 ;贫氧燃气发生器7的二次燃烧室与喷管5连接。
[0016]其中，药柱在靠近流量调节阀6 —端上设有点火药包。
[0017]本发明提出的燃气自增压混合火箭发动机的工作过程如下:首先是点燃点火药包，贫氧燃气发生器7点火产生高温、高压的一次富燃燃气，一次燃气一小部分一次富燃燃气经过过滤器8过滤杂质、减压器9减压后进入氧化剂贮箱I的第一贮箱，一次富燃燃气挤压密封活塞，密封活塞推动第二贮箱内的氧化剂从第二贮箱进入氧化剂控制阀2和单向阀3，经过氧化剂喷注器4雾化后进入二次燃烧室；另外，大部分一次富燃燃气经过流量调节阀6进入二次燃烧室中，与经过氧化剂喷注器4雾化后的氧化剂进行二次燃烧，生成的高温燃气通过喷管5高速排出产生推力。
[0018]燃气自增压混合火箭发动机工作过程中，依据弹道需求，通过调节贫氧燃气发生器7中的流量调节阀6改变贫氧燃气发生器7的压强，可同时实现对一次燃气流量和氧化剂流量的调节。
[0019]燃气自增压混合火箭发动机选用金属粉末含量较高的贫氧推进剂，相对于碳氢化合物具有更高的能量和密度；采用满装填的端面燃烧装药形式，装填分数高，燃面退移规律简单，燃速易于调节；通过设计贫氧推进剂的压力指数，可保持推力调节过程中氧燃比不发生大幅变化，发动机工作在设计点附近，性能较高。
[0020]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种燃气自增压式混合火箭发动机，其特征在于，包括:氧化剂贮箱(I)、氧化剂控制阀(2)、单向阀(3)、氧化剂喷注器(4)、喷管(5)、流量调节阀(6)、贫氧燃气发生器(7)、过滤器(8)、减压器(9); 其中:氧化剂贮箱(I)内设密封活塞，该密封活塞将氧化剂贮箱(I)的内腔分隔成两个密封空腔，且其中一个密封空腔内装有氧化剂；贫氧燃气发生器(7) —端为密封端，另一端设有喷管(5)，且在密封端处浇筑有药柱，在贫氧燃气发生器(7)未浇筑药柱的空腔内设有流量调节阀出)，流量调节阀(6)将该未浇筑药柱的空腔分隔成两个空腔，且靠近喷管(5)的空腔为二次燃烧室； 连接关系为:氧化剂贮箱(I)的装有氧化剂的密封空腔通过第一管道与氧化剂喷注器(4)连接，在该第一管道上从装有氧化剂的密封空腔开始依次设有氧化剂控制阀(2)和单向阀(3)，管道氧化剂喷注器(4)安装于贫氧燃气发生器(7)的二次燃烧室内；且靠近贫氧燃气发生器(7)密封端的空腔通过第二管道与氧化剂贮箱(I)连接，且该第二管道上从靠近贫氧燃气发生器(7)密封端的空腔开始依次设有过滤器(8)和减压器(9)。2.如权利要求1所述的燃气自增压式混合火箭发动机，其特征在于，药柱在靠近流量调节阀(6) —端上设有点火药包。
【专利摘要】本发明提供一种燃气自增压式混合火箭发动机，其包括：氧化剂贮箱、氧化剂控制阀、单向阀、氧化剂喷注器、喷管、流量调节阀、贫氧燃气发生器、过滤器、减压器；氧化剂贮箱内设密封活塞，该密封活塞将氧化剂贮箱的内腔分隔成两个密封空腔，且其中一个密封空腔内装有氧化剂；贫氧燃气发生器一端为密封端，另一端设有喷管，且在密封端处浇筑有药柱，在贫氧燃气发生器未浇筑药柱的空腔内设有流量调节阀，流量调节阀将该未浇筑药柱的空腔分隔成两个空腔，且靠近喷管的空腔为二次燃烧室；本发明能够实现自增压，可大幅简化氧化剂供应系统的复杂性。
【IPC分类】F02K9/72
【公开号】CN105156231
【申请号】CN201510574948
【发明人】杨玉新, 张胜敏, 董新刚, 平丽, 段艳娟, 史旭
【申请人】中国航天科技集团公司第四研究院第四十一研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月10日