一种具有模块化催化床的H2O2气体发生器的制作方法

本发明是关于h2o2催化分解的具有模块化催化床的气体发生器，h2o2通过本气体发生器催化分解产生的高温气体可以直接用来作单组元火箭发动机的工质或涡轮泵的工作流；也可以用来作双组元火箭发动机的点火源及发动机工作时的氧化剂；也适合于作为旋翼飞机翼尖动力系统的动力源。

背景技术：

随着航空航天事业的发展及人类对自身健康的关注和对环境保护的日益重视，h2o2作为一种无毒及环境友好的新型推进剂，因其独特的性能得到越来越广泛的应用。

h2o2本身无毒，其分解产物为h2o和o2同样无毒，并且h2o2还是一种高密度的液态氧化剂。一直以来h2o2的功用就是作为单组元推进剂和液态氧化剂。不论h2o2直接作为单组元推进剂还是用作点火源及液态氧化剂，都需要在气体发生器中通过催化分解反应将h2o2转变成高温气体。因此，高效、可靠的单组元h2o2推进剂催化分解气体发生器是实现其应用的关键。

对于多数通过催化剂进行催化分解反应的气体发生器来说，都为一次性使用，不需要频繁拆卸气体发生器，来更换其中装填的催化剂。但是对于部分应用场合，气体发生器需要多次重复使用，就必须反复拆卸更换催化剂。在更换催化剂时，需要将气体发生器整体拆卸下来，操作步骤繁琐耗时，并且降低系统的可靠性。因此，需要优化气体发生器的结构形式，以方便快捷地更换催化剂，提高气体发生器的整体性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单、易于实现、安全稳定、高效的用于单组元h2o2推进剂催化分解的气体发生器，并且能够方便快捷地装填和更换气体发生器所需的催化剂。在气体发生器中通过催化分解反应将液体h2o2转变为高温气体(水蒸气和氧气)。过氧化氢溶液质量百分比浓度为50-100％。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有模块化催化床的h2o2气体发生器，包括h2o2集液分配器、端部密封环、模块化催化分解床、床壳密封环、外壳体、进液管、尾喷管。

h2o2集液分配器为一端封闭，另一端开口的中空圆筒；h2o2集液分配器的内部中空部分由封闭端到开口端直径逐渐增大，呈喇叭状，构成内部集液腔。所述h2o2集液分配器外部设置有外螺纹，且在h2o2集液分配器外部靠近封闭端处开有一环形凹槽，环形凹槽底部开有与内部集液腔相通的通孔。

模块化催化分解床由进液分配板、催化剂、后床支板、外套筒组成。进液分配板上设置有一定数量的毛细喷孔，毛细喷孔的开孔率为0.3-3％。后床支板上设置有密布的通孔。进液分配板、后床支板、外套筒之间装配密封构成一个整体，催化剂封装在这个整体的内部。所述封装于模块化催化分解床内的催化剂为网片状催化剂、颗粒状催化剂和/或蜂窝状催化剂。

外壳体为一内部中空的圆筒，一端内部设置有一段内螺纹，与h2o2集液分配器的外螺纹相匹配，且h2o2集液分配器旋入外壳体中；旋入的h2o2集液分配器外部的环形凹槽与外壳体的内壁之间构成一环形空腔，外壳体外侧设置有一进液管与这一环形空腔相通。所述模块化催化分解床置于外壳体内腔的中部，并由旋入的h2o2集液分配器压紧。外壳体的另一端设置有尾喷管。

所述h2o2集液分配器的开口端与模块化催化分解床的进液分配板一端相连接；所述模块化催化分解床的后床支板一端与尾喷管相通。

所述h2o2集液分配器与外壳体之间由端部密封环密封；所述模块化催化分解床与外壳体之间由床壳密封环密封。

所述模块化催化分解床在装填和更换时，只需将h2o2集液分配器由外壳体旋出，即可将旧的模块化催化分解床取出，放入新的模块化催化分解床。

所述具有模块化催化床的h2o2气体发生器可用于单、双组元火箭发动机及涡轮泵的动力系统中，也特别适合用于旋翼飞机的翼尖动力系统中。

本发明的有益效果为：

本发明的气体发生器结构合理、高效可靠、易于实现。通过对h2o2集液分配器这一个部件旋入、旋出地拆装，即可方便快捷地完成模块化催化分解床的装填和更换，实现气体发生器在系统上直接装填和更换催化剂，提高了气体发生器的可靠性和稳定性，从而提高了动力系统的整体性能，并且特别适合旋翼飞机的翼尖动力系统的工作模式。

本发明的气体发生器可以高效的通过催化分解反应将液体h2o2转变为高温气体，并且能够方便快捷地装填和更换气体发生器所需的催化剂，可以直接用来作单组元火箭发动机的工质或涡轮泵的工作流；也可以用来作双组元火箭发动机的点火源及发动机工作时的氧化剂；也适合于作为旋翼飞机翼尖动力系统的动力源。

附图说明

图1为本发明实施例1的具有模块化催化床的h2o2气体发生器结构示意图；

图2为本发明实施例1的气体发生器的h2o2集液分配器结构示意图；

图3为本发明实施例1的气体发生器的模块化催化分解床结构示意图；

图4为本发明实施例1的模块化催化分解床的进液分配板结构示意图；

图5为本发明实施例1的模块化催化分解床的后床支板结构示意图；

图6为本发明实施例1的气体发生器的外壳体、进液管及尾喷管结构示意图。

具体实施方式

下述实例用于更详细地说明本发明，但本发明并不仅限于此。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1的具有模块化催化床的h2o2气体发生器由h2o2集液分配器1、端部密封环2、模块化催化分解床3、床壳密封环4、外壳体5、进液管6、尾喷管7构成。

如图2所示，h2o2集液分配器1为一中空的圆筒，其一端封闭，另一端开口。h2o2集液分配器1的内部中空部分由封闭端到开口端直径逐渐增大，呈喇叭状，构成内部集液腔。h2o2集液分配器1的外部设置有外螺纹，并且封闭一端的外径变大，设置成一具有环形密封面的密封台，其环形密封面与h2o2集液分配器1外螺纹的轴线垂直。在h2o2集液分配器1外部靠近封闭端处开有一环形凹槽，环形凹槽将h2o2集液分配器1外部设置的外螺纹分割为前后两段。环形凹槽底部开有与内部集液腔相通的通孔，通孔数量为四个，且沿环形凹槽底面圆周均布。h2o2集液分配器1的开口端端面平齐，且与h2o2集液分配器1外螺纹的轴线垂直。

如图3所示，模块化催化分解床3由进液分配板8、催化剂9、后床支板10、外套筒11组成。进液分配板8、后床支板10、外套筒11之间装配密封构成一个整体，催化剂9封装在这个整体的内部。因为模块化催化分解床3是一个装填有催化剂9的独立部件，所以当催化剂9达到工作寿命需要更换时，可不用将催化剂9拆卸出来，直接将模块化催化分解床3整体更换。封装于模块化催化分解床3内的催化剂9为网片状催化剂，单组元推进剂h2o2的催化分解反应在这里进行。进液分配板8上设置有一定数量的毛细喷孔，毛细喷孔的开孔率为0.7％，如图4所示。后床支板10上设置有密布的通孔，如图5所示，可使模块化催化分解床3内部催化分解反应产生的燃气顺利地通过。

外壳体5为一内部中空的圆筒，如图6所示，一端内部设置有一段内螺纹，与h2o2集液分配器1的外螺纹相匹配，且h2o2集液分配器1旋入外壳体5中。旋入的h2o2集液分配器1外部的环形凹槽与外壳体5的内壁之间构成一环形空腔，外壳体5外侧设置有一进液管6与这一环形空腔相通。模块化催化分解床3置于外壳体5内腔的中部，并由旋入的h2o2集液分配器1压紧。外壳体5的另一端设置有尾喷管7。

h2o2集液分配器1的开口端与模块化催化分解床3的进液分配板8一端相连接，h2o2集液分配器1的内部构成的内部集液腔与进液分配板8上设置的毛细喷孔相连通。模块化催化分解床3的后床支板10一端与尾喷管7相通。h2o2集液分配器1与外壳体5之间由端部密封环2密封。模块化催化分解床3与外壳体5之间由床壳密封环4密封。

本实施例1气体发生器工作时，一定压力的h2o2推进剂通过进液管6进入h2o2集液分配器1外部的环形凹槽与外壳体5的内壁之间构成的环形空腔，再通过h2o2集液分配器1环形凹槽底部所开的与内部集液腔相通的通孔进入内部集液腔，由与其相连通的进液分配板8上设置的毛细喷孔雾化、喷出。高速喷出的h2o2推进剂与模块化催化分解床3内装填的催化剂9接触，瞬时分解产生高温高压燃气。高温高压燃气穿过模块化催化分解床3的后床支板10，最后由尾喷管7加速喷出，在尾喷管7出口处得到所需压力、温度的高速燃气流。

模块化催化分解床3在装填和更换时，只需将h2o2集液分配器1由外壳体5旋出，即可将旧的模块化催化分解床3取出，放入新的模块化催化分解床3。并且因为h2o2集液分配器1是一个独立的部件，不与动力系统的其他部件相连，因此在装填和更换过程中，不需要将气体发生器由系统上拆下，实现气体发生器在系统上直接装填和更换催化剂，提高了动力系统的整体性能，并且特别适合旋翼飞机的翼尖动力系统的工作模式。

实施例2

本发明实施例2的气体发生器由h2o2集液分配器1、端部密封环2、模块化催化分解床3、床壳密封环4、外壳体5、进液管6、尾喷管7构成。

模块化催化分解床3由进液分配板8、催化剂9、后床支板10、外套筒11组成。进液分配板8、后床支板10、外套筒11之间装配密封构成一个整体，催化剂9封装在这个整体的内部。封装于模块化催化分解床3内的催化剂9为颗粒状催化剂。通过进液分配板8上设置的毛细喷孔雾化、喷出的h2o2推进剂与模块化催化分解床3内装填的颗粒状催化剂9接触，瞬时分解产生高温高压燃气。高温高压燃气穿过模块化催化分解床3的后床支板10，最后由尾喷管7加速喷出，在尾喷管7出口处得到所需压力、温度的高速燃气流。