专利名称:四种汽车用火箭及新类型制动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及四种汽车制动用火箭及新类型制动系统，属于汽车制造技术领域：
和喷气推进技术领域：
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背景技术：
汽车的制动系统是汽车的非常重要的系统，它直接关系到汽车自身以及乘员货物 和周围环境的安全。传统的制动方式是利用对装在车轮上的制动部件的摩擦，使车轮停转 产生“轮胎拖印”而达到对车辆止动的目的，此种制动方式可称为“轮式制动”或“摩擦制 动”。这在很多文献中有很翔实的记载。
第一汽车制造厂编的《解放牌载重汽车零件目录》(机械工业出版社1977年12月 北京第四版1977年12月北京第五次印刷)第3页记载了 “刹车、脚刹车、蹄片式，由压缩 空气驱动，作用于全部车轮上，手刹车、圆盘式，装于传动系统中，机械式操纵”，从第83页至 101页运用文字和多幅详尽的图样记载了通过对车轮制动部件的摩擦实现制动；运用“机 械式操纵”控制制动，由压缩空气驱动的刹车(制动)系统，“前轮刹车器”、“后轮刹车器”， “踏板”。
二^^一世纪的新型时尚的汽车的制动系统没有根本的变化。金盾出版社2006年 12月出版的《新编汽车底盘维修图解》第157页至第174页“七、制动系的维修”，图7-2就 示出了“行车制动装置”、“车轮驻车制动系”，图7-4示出了上海桑塔纳轿车液压制动系统。 5、“前轮盘式制动器”。6、“后轮鼓式制动器”，“图7-1东风EQ1090E型汽车气压鼓式前轮制 动器”，“图7-18示出桑塔纳2000型轿车前轮制动器分解图”，还有文字记载的“桑塔纳盘式 车轮制动器”，“图7-55桑塔纳2000型轿车后轮制动器分解图”，“图7-58拆卸后轮制动器 制动蹄”，“图7-86示出了 EQ1092型汽车前轮制动器”，“图7_87示出EQ1092型汽车后轮制 动器”。
2008年第3期《汽车导购》第40页登载的周身可以找到很多相当前卫的设计理念 的新生代代表的自动时尚型马自达2的制动装置型式(前/后)通风盘式/鼓式；全新威 驰(V/DS)的制动装置型式(前/后)为通风盘式/鼓式。克莱斯勒钼锐CHRYSLER制动装 置型式(前/后)通风盘式/实心盘式。08年3. 28-4. 03, NO :392《车友报》A22顶级改装 阿斯顿·马丁 V8就有一幅图是“硕大的刹车盘一览无余，很是抢眼”，“刹车盘”仍然在车轮 上。《车荐通》08年4期75页记载奥迪A8L的前后都是通风盘式刹车。《汽车导购》08年 3期23页登载的道奇锋哲的制动装置是前后皆盘式。
上述文献记载都直接间接证明了传统的制动方式都是通过车轮上的制动部件，如 前轮盘式制动器，后轮鼓式制动器的摩擦使车轮止动，无论是大车或小车，客车或货车行车 或驻车，前轮或后轮，盘式或鼓式，通风盘式或实心盘式，各种改变都没有跳出车轮制动的 范围；从公知的事实到公开使用，从城市到乡村的公路上行驶的汽车，甚至更广泛的农用 车，摩托车，自行车，从机动车到非机动车都没有车轮摩擦制动之外的方式；总之，从二十世 纪中叶到二十一世纪初，以至2008年所记载传递的信息全部都是车轮摩擦制动方式。[0007]轮式制动的最大技术问题是这种制动方式仅仅是停止，并且是逐渐地停止加于车 轮的继续前进的动力和加速度，对汽车在行驶中已获得的惯性力没有影响，或影响很小；就 是说这种惯性力不是消耗在制动过程中，而是主要消耗在“轮胎拖印”中。正是这种惯性力 推动汽车继续前进较长的一段距离，这段距离的长度，即所谓“轮胎拖印”的长度取决于汽 车的总重量和速度，也取决于路面状况。人民交通出版社出版，湖南省交通学校编的《汽车 维修》记载的全轮制动理论计算距离为1. 3-7. Im(压印及拖印距离)。
中国汽车报社主办，汽车族杂志社出版的2008年3月《汽车族》刊载的2008雪佛 兰 Silverado 96-Okm/h 制动距离(m) 2500HD 为 48. 8，3500HD 为 47. 6 ；2008 福特 SuPERDUTY F-250 为 47. 5m, F-450 为 44. 2m, 2008 丰田 Tunda4X 2DoubleCab4. 7L ;4X4CrewmaX5. 7L, Limited在 96-0km/h 制动距离(m)，分别为 44. 2 和 41. 8 ;2008GMC SIERRA HEAVYDUTY 96 Okm/h 制动距离(m)2500HD SLT 为 52. 13500HD SLT 为 46. 3。
由于传统方式的摩擦车轮上的制动部件，使车轮停转，再利用车轮与地面的摩擦， 产生轮胎拖印消耗汽车的惯性力，逐渐停止汽车相对于路面的运动。这种方式对惯性力影 响很小，很慢，作用路程长，轮胎拖印长，制动时间长，难免酿成交通事故，甚至严重的群死 群伤事故。据公安部交通管理局统计，最近几年全国每年发生的交通事故都在30万起以 上，其中三成是刹车失灵造成。2007年中国发生道路交通事故30多万起，造成8万多人死 亡，38万多人受伤，直接财产损失12亿元，平均每天发生交通事故近900起，每天有200多 人死于车祸。
有关“汽车制动系统”的专利虽然不少，但能离开磨擦制动和离开车轮制动的却不 多，杨锡奇的“汽车紧急制动安全装置”ZL200720050935. 6简介称本专利结构简单，易于制 做安装，在汽车紧急制动时利用胶板抵压于路面，可增加汽车与路面的摩擦，缩短了汽车的 制动距离。从制动方式看，这项专利与本“新类型制动系”，以及本人已获授权的“汽车用制 动棒及新型制动系统”，专利号200820063358. 9，都跳出了传统制动系统的“车轮”的局限 和束缚，此三项各有特点，属于三种不同类别的制动方式；本申请不但跳出了 “车轮”的局 限，也跳出了 “摩擦制动”的局限，轮胎拖印可以趋于0，其“突出的实质性特点和显著的进 步”都很明显，都不难判断；而“安全装置”虽然跳出了车轮的局限，有“突出的实质性特点”， 却未能跳出“摩擦制动”的局限，从制动效果看，“轮胎拖印”仍较长，难说有“显著的进步”， 或说有没有“显著的进步”是个问题。而本申请不但离开了车轮的摩擦，也离开了路面，对 路面也就没有损毁，完全依靠自身的推力实现制动，效果也更加“显著”；
由于汽车制造技术二百多年的不断发展进步，汽车各系统的制造技术日臻完善， 这在不少文献中有所记载，这是新型制动系统可以借鉴，甚至可以完全移植的技术。在第一 汽车制造厂编的《解放牌载重汽车零件目录》(修订第四版)，记载了运用“机械式操纵”，控 制制动的由“压缩空气驱动”的刹车系统。
徐寅生、龚延成主编，金盾出版社出版(2006年12月第1版第1次印刷)的《新 编汽车底盘维修图解》157页至197页用文字和原理图记载了制动系统的各部分的结构原 理，“行车制动装置”，“车轮驻车制动系”，“凸轮张开式中央驻车制动系”，“行车制动系又分 为液压制动和气压制动两种类型”，“上海桑塔纳轿车液压制动系统”，“解放CA1092型汽车 气压制动系统”，“单回路制动系”，“前后分立式液压制动系”，“对角分立式液压制动系”，“东 风EQ1090E型汽车气压鼓式前轮制动器，”在书中其它部分也记载着控制(信息传递)，动力和直接制动部分的技术状况。人民交通出版社1979年4月第1版第1次印刷，湖南省交 通学校编的《汽车维修》一书也在330页至346页集中记载了制动系统的控制、动力、制动各 部分的结构，并指出了 “所有汽车上都装有两套独立工作的制动装置，即脚制动器和手制动 器”，“脚制动器又分为气压制动和液压制动。有的还有辅助机件如真空增压器或气压增压 器”，在书的其它部分也记载了有关控制，动力和制动的机构。在《新编国产汽车电路图册》， 《新编汽车电路燃油喷射系统结构与检修》《轿车选购与用户手册》，《汽车电子控制技术自 学读本》，》汽车电控系统故障诊断检修实例》，《汽车维修工艺》，《东风柴油汽车结构与使用 维修》，《新编桑塔纳系列轿车结构与使用维修》这些书中都记载了很多可供新类型制动系 统实现其制造的可供借鉴的结构，有的甚至可以直接用于新类型的制动系统的各部分。
喷气推进技术经过一千多年的发展，已经十分成熟，用途更是遍布民用和军用的 众多领域。江洪编著的《烟花炮竹生产与安全》(轻工业出版社出版1980年5月第1版) 介绍了烟花炮竹的沿革、分类；阐述了燃烧与爆炸现象的基本理论；黑火药的组成，性能、 制造、敏感度和稳定性，安全生产管理；烟火剂的燃烧(爆炸)反应、配比计算、制备；动力 药剂推力的计算公式；书中还制作了 45幅计算图表和78张附表。
以下是该书与喷气推进技术及推进剂有关的部分内容
火箭是我国有着悠久历史的伟大技术发明，是随着我国古代四大发明之一的黑火 药的问世而发展起来的。在唐宋两代，“火药什戏”之类的烟花已广为流行，当时品种甚多， 制造工艺也相当进步，不但有了象征瓜果、动物形状的烟花，而且有了“起花火箭”(见
图1) 等产品。唐代的起花火箭，箭筒用厚纸板或金属板做成，火箭尾部的喷管一般用粘土做成。 当火药箭被点燃以后，产生大量的气体，由喷管向外迅速喷出，从而产生反作用推力，推动 火箭腾空升起。当火药燃烧到最上端时，火箭头部的闪光物质被点燃，并放射出绚丽的火 花。这几乎同我们现在的火箭类烟花产品一样了。烟花炮竹经唐、宋以后几代的发展，已在 全国各地形成了若干传统产地，如广东的东莞、南海，广西的北海、合浦，湖南的浏阳、醴陵， 江西的万载、萍乡等地，都是烟花炮竹的集中产区。浏阳产区早在1740年即已开始生产十 多个品种的鞭炮，并于1885年向外出口，销往印度、日本、朝鲜、伊朗、南洋等地，在亚洲享 有盛誉。解放以后，我国的花炮产品发展到声、光、烟、色、造型的综合效果的五百多种，远销 五十多个国家，还生产了一批用于航海、渔业求救信号弹，文艺舞台效果，军事训练的手雷 弹和农业、气象用的土火箭等新产品。
燃烧与爆炸的基本理论一、燃烧与燃点，燃烧必须具备以下三个条件1、可燃物 质，能与氧或氧化剂起剧烈反应的物质，也叫做还原物质。2、助燃物质，凡能帮助和支持燃 烧的物质，也叫氧化剂，如空气、硝酸钾、氯气等。3、着火源(也叫激发冲能)，凡是能够引 起可燃物质燃烧的热能(加热、火焰、火星)、机械能(冲击、摩擦、针刺)、电能(电火花、放 电)、光能(光线)、化学能和其他能等，都叫做激发冲能。1、闪点，当某些物质挥发出来的 蒸气和周围的空气混合后与火源接触，初次出现蓝色火焰的闪光时的温度，叫闪点或闪火 点。2、燃点，燃点也叫着火点，能使闪燃的火焰继续燃烧，且燃烧时间不少于五秒钟的温度 叫燃点。用硝酸钡和铝粉制成的棒状电火花，用火柴很难点燃，用黑火药引线点火很快就能 点燃。3、自燃和自燃点，一种物质在没有接触火源的情况下，自发地起火，叫做自燃，形成自 发起火的温度就叫做自燃点。二、爆炸，爆炸是一种物质(如气体、混合气体、粉尘、烟火药、 TNT)发生的急剧的物理或化学变化，并同时放出大量能的现象。爆炸时，温度与压力急剧升高，产生爆破或推动作用。爆炸的三个特点是1、爆炸都是在压力特别大，并且超出了外部 抵抗力的条件下发生的。2、爆炸是在一瞬间突然地迅速发生的。3、爆炸或多或少地要破坏 约束它的东西，即使完全是在空气中爆炸，也会产生有压力的气浪(称为冲击波)。化学爆 炸是某些物质含有一种或多种化学成分，由于得到足够引起起爆的能量而爆炸，而从原来 的物质变成了另外的一种或多种的物质，大部分或全部变成了气体，并放出大量的热。爆炸 所产生的气体体积比原来的体积增大了数百至千倍以上，温度高达3000 5000°C，压力可 达几万到几十万个大气压。此种高温高压气体的急剧膨胀，就形成了通常所见的爆炸现象。 普通的燃烧与化学爆炸的过程是有区别的，其本质的区别就在于普通燃烧的反应区域中 (在火焰中)没有压力急剧上升的现象。对某些化学爆炸而言，也可以说是瞬息间的燃烧， 因此，很多燃烧现象，由于压力急剧增高而转变为爆炸。形成爆炸必须具备三个条件(1) 化学反应的变化速度非常快，并且能够自动地进行到底。这是化学爆炸最重要的条件，这 种变化速度要用百分之几秒至百万分之几秒的时间来衡量。( 化学变化时能够产生大量 的热。( 反应过程产生大量气体。IKg炸药在爆炸时所产生的气体体积为黑火药^OL,硝 化棉765L，苦味酸675L，TNT690L，这些比原来的体积大数百倍的气体，受热后更加迅速膨 胀，使气体和热能都变为机械功。炸药按其组成成分可分为三类1、由不能爆炸的物质组成 的爆炸混合物，例如烟火药；2、爆炸化合物炸药，或叫单一炸药，它们本身就是一种化合物， 具有爆炸性能，如TNT ；3、由炸药组成的爆炸混合物，其目的是改善原来炸药的爆炸性能， 如黑索金等。按炸药的用途分为四大类1、发射药，包括黑火药，无烟火药(硝化纤维、硝化 甘油)；2、猛炸药，它的特点是爆轰，包括TNT、黑索金等；3、起爆药；4、烟火剂，氯酸盐和高 氯酸盐，具有猛炸药的性质。炸药必须靠外界力量才能爆发，这种力量叫做激发冲能，或叫 起爆能，炸药爆发所需的某种激发冲能的大小程度，一般叫做敏感度(或简称为感度)。 黑火药是一种机械混合物，其中的成分在化学上是互不结合的。也就是说它的各 种成分的分子是各自单独存在的，只是或多或少地混合在一起。因此，黑火药无论从化学 还是物理的现象来看，都是一种不均勻的物质，按其结构来说，在某种程度上它是一种多孔 的物质，其主要性能取决于各成分的拼合程度和成分的配比。黑火药的爆发分解反应很复 杂，它随着组分的不同和反应时的温度、压力的不同而有所变化。据试验推论，由74.8% 的硝酸钾、11. 8%的硫和13. 4%的木炭组成的黑火药，它的爆发分解是由五个方程式中的 两个或三个同时进行的，……。长期以来，人们就试图解释为什么硝酸钾、木炭和硫这三 种非爆炸性的物质混合在一起，会形成一种爆炸性物质。特别不能理解的是硝酸钾和木 炭或硝酸钾和硫的二元混合物则是不爆炸或是爆炸性很弱的。许多科学家(包括笛卡儿 和牛顿)都力图说明黑火药燃烧时所发生的反应过程。有人对黑火药在炮膛内爆发反应 进行了研究，认为它的分解过程为2KNC3+S+3C — K2S+N2+3C02……。有人通过大量试验认 为黑火药的燃烧是两个过程。第一阶段按照放热反应发生氧化反应10KN03+8C+3S = 2K2C03+3K2S04+6C02+5N2+979千卡……。黑火药燃烧或爆发时，产生一股张力(推力)，这股张 力就叫做火药力。火药力有的以每公斤火药燃烧(爆发)时产生的大气压和气体数量表示 (I^Po/Kg)，有的以每公斤火药燃烧(爆轰)时可以把多大质量的物体推出多少公尺表示 (m -Kg/Kg) 0火药力的大小，是火药爆发后产生的气体数量(严格说是比容)、压力、爆热和 爆速决定的。每克黑火药爆发时，产生气体的容积约为^Ocm3左右，爆热约为720卡，火焰 温度约为2500°C左右，火药力为MOOL ·Ρο/Ι^。实际上火炸药的火药力主要是由爆发速度
7决定的。爆速越快，火药力越大，作功能力(或叫破坏力)也越大。例如以1磅火炸药将1 磅重的物体抛出的距离(英尺)计算黑火药为11万，而通常的军用炮药为30万(ft-Ib/ Ib)；影响黑火药燃速的主要因素有压力、组成和密度，另外还有激发冲能、温度、湿度、细度 和拼合程度等。据《炸药理论教程》(苏联斯尼特科编著)一书的介绍，当黑火药密度为1.3 时，用很大的起爆能使它爆轰，作者观察到的最大爆轰速度为每秒3000 4000m，但很多研 究者对密度为1.2的黑火药，用普通起爆能引起的爆轰所测得爆轰速度都在380 420m/s 之间。
烟火剂是生产烟花产品的药剂，它们在燃烧(或爆炸)时，产生光、热、烟、声和运 动的效果，包括有色发光剂、照明剂、闪光剂……动力(发射)药剂和引燃剂等。烟火剂也是 一种机械混合物。它的主要成分是氧化剂和可燃物，再加上粘合剂和特种效应的药剂。常 用氧的化合物或六氯代苯、六氯乙烷作为烟火剂中的氧化剂；附表33《几种主要氧化剂的 理化性能》列出了 KCI03、KCI04、KNO3等氧化剂的分子量、熔点、反应式、含氧量、生成热等理 化性能。附表38主要可燃物及其氧化物的理化性能列出了铝、镁等十多种可燃物的性能； 附表39可燃物的氧化物生成热列出了硫、铝、磷等可燃物的氧化物生成热。
动力药剂又叫推进剂，它是用来填装运动的花炮产品的，例如升空、旋转和移动 位置(前进或后退)的产品，利用动力药剂燃烧时所产生的后推力，使产品本身作各种 运动。动力药剂的力主要取决于燃烧时气态生成物的体积，每克药剂燃烧时生成的气体 体积愈大，产生的力也愈大，这种力称为比冲量或推力，单位是每秒钟燃烧多少公斤推进 剂，产生多少公斤的推力来计算。火箭用的动力药剂的推力，可用下列近似的公式计算 F= (Pe-Pa) Ae+mVe式中F-推力，Pe-喷管出口处气流的压力，Ve-喷管出口处气流的速 度，Ae-喷管出口处的横截面积，m-推出质量速度(即单位时间内燃烧产生的气体数量)， Pa-气体排出的大气压力。要精确计算出火箭类产品的推力，是较为困难的。不过一般花炮 产品也不需要这样精确计算。
最早的固体燃料——黑火药的发明促进了火箭的发展，火箭的广泛运用又推动了 各种燃料的开发和发展，20世纪40年代初期，大型液体火箭的成功发射奠定了现代航天技 术的基础，在火箭上千年的发展历史中，燃料和火箭；固体燃料与液体燃料；军用和民用； 火箭和卫星；力学、热力学和材料学；电子技术，自动控制技术，计算机技术，喷气推进技术 和制造工艺技术；医学，真空技术和低温技术之间相互渗透，相互交叉和相互促进，发展成 为现代完善的航空航天技术和庞大的航空航天产业。
谢础、贾玉红主编，黄俊、吴永康编的《航空航天技术概论》(北京航空航天大学出 版社2008年8月第2版)，对航空航天技术作了全面详尽的介绍，在第3章第4节火箭发动 机中对火箭发动机的主要性能参数，对液体火箭、固体火箭和固一液混合火箭发动机作了 深入的讲解。火箭发动机(简称火箭)的特点是不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂。按加 速工作介质(气流)的能源的不同，火箭发动机可分为化学能火箭发动机与非化学能火箭 发动机(如电能火箭发动机、核火箭发动机、太阳能火箭发动机)，目前使用最多的是化学 能火箭发动机。化学能火箭发动机的工作原理是将燃烧剂和氧化剂在燃烧室进行燃烧，将 化学能转变成高温燃气，经尾喷管喷出而产生推力。燃烧剂和氧化剂统称为推进剂。按推 进剂类型的不同，火箭发动机可分为液体、固体和固一液混合发动机三大类。液体火箭发动 机分为单组元、双组元和三组元液体火箭发动机。[0022]单组元液体火箭是只靠一种推进剂组元，这种组元能靠自身分解进入燃烧，常用 的单组元推进剂有过氧化氢、无水胼、硝酸异丙酯等。单组元火箭发动机系统相对简单，但 能量低，比冲低(比冲约1700m/s左右)，推力室中装有催化剂以加快分解。常用于小型辅 助发动机或燃气发生器，该书图3-23所示为美国“水星”号载人飞船采用的过氧化氢(H2O2) 液体单组元火箭推进系统示意图。双组元液体火箭因其比冲很高，且与电推进系统相比，系 统耗电量又很少的一种比较成熟的推进系统，是目前火箭发动机中应用最广的系统。系统 由推进剂输送系统、流量调节控制活门、推力室(包括喷注器、燃烧室、喷管)和冷却系统等 组成，推进剂中的氧化剂和燃烧剂分别存放在单独的贮箱里，工作时需要专门的输送系统 分别将它们送到燃烧室，燃烧后的高温高压气体经推力室高速喷出产生推力(如图3-M所 示)。推进剂输送系统的功用是按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂，火箭正常工作 时要有一定的压强把推进剂从贮箱挤压到燃烧室中去，正常地输送推进剂是保证液体火箭 发动机正常工作的先决条件。输送系统可分为挤压式和泵压式两种类型。挤压式输送系统 是利用高压气体(压强为25 30MPa)经减压阀减压(降至3. 5 5. 5MPa)后，进入氧化 剂箱和燃烧剂箱。氧化剂和燃烧剂在压力作用下分别由各自的管路经流量控制活门和喷注 器送入燃烧室进行混合、燃烧。如图3-25所示为挤压式输送系统的工作过程。高压气体应 选与氧化剂、燃烧剂皆无反应的惰性气体，如氮气、氦气或空气。泵式输送系统是利用涡轮 泵提高来自贮箱的推进剂的压强，使推进剂按规定的流量和压强进入燃烧室。如图316所 示为泵式输送系统的工作过程。燃气发生器产生燃气带动涡轮转动，涡轮通过齿轮箱带动 氧化剂泵和燃烧剂泵工作，增压后的氧化剂和燃烧剂经过活门进入喷注器喷入燃烧室，在 燃烧室内进行燃烧，最后燃气通过尾喷管高速喷出，产生推力。该书结合图3-25挤压式输 送系统和图316泵式输送系统对推进剂输送系统作了详尽的介绍。结合图2-10、图3-14、 图3-15、图3-27对推力室作了详尽介绍。还对主要的推进剂作了介绍，常用的液体氧化剂 有液氧和液氟，除此之外还有一些复合氧化剂或包含有燃烧元素(碳、氢等)的化合物，如 硝酸、过氧化氢和一些氮的化合物(四氧化二氮N2O4、一氧化氮NO和一氧化二氮队0等)。 液氧A 氧化力强，与燃烧剂混合后燃烧温度高，无毒，密度高，成本低。但液氧的沸点低 (_183°C )，容易蒸发，不易贮存，因此很少用于导弹，由于其燃烧热值高，所以在航天飞行器 的运载火箭上应用较广。过氧化氢H2A 可以作为氧化剂，也可以作为单组元推进剂使用。 火箭上使用的过氧化氢一般是65% 100%的水溶液。浓过氧化氢为无色液体，无毒，稳定 性好，但与普通重金属接触则容易引起分解，因此应注意材料的选择，过氧化氢一般作为单 组元推进剂用于驱动涡轮的燃气发生器或用于小推力姿态控制系统的发动机。燃烧剂主要 是由碳、氢以及氢与硼、铝、碳、氮等元素组成的液态化合物，如液氢、航空煤油、胼及其衍生 物和混胺等。书中还介绍了液体推进剂的预包装技术，制作预包装推进剂，可以在很大程度 上克服液体火箭发动机作战使用性能差的缺点。
书中在171 175页结合图3- 固体火箭发动机的组成，介绍了固体火箭发动机 的组成、工作原理及推进剂的种类、形状、特点和优缺点。固体火箭主要由药柱、燃烧室、喷 管组件和点火装置等组成，发动机工作时，首先起动点火装置，使点火药包燃烧，产生具有 一定压力和温度的燃气，使发动机药柱点燃并燃烧，药柱燃烧产生大量能量，并生成高温高 压的燃烧产物，燃烧后的产物作为工质从喷管喷出，产生推力。药柱是由推进剂和少量添加 剂制成的圆柱体，它可以由一种或几种固体推进剂组成。推进剂可以采取浇注的办法充填在燃烧室内。药柱的形状要靠专门的模具来保证；也可以事先制成药柱，在发动机装配时充 填在燃烧室内。药柱的表面可以用缓燃或难燃材料包覆起来，形成包覆层或阻燃层，用来控 制燃烧面积的大小和推力的变化规律。有时也可以通过采用两种或两种以上不同的燃速的 推进剂组合，达到调节燃烧室压强变化和得到所需要的推力变化规律的目的。在药柱燃烧 时，燃烧室的温度可达到2500°C 3500°C的高温和1 20MPa的压强，所以燃烧室必须用 高强度合金或复合材料制造，并在药柱和燃烧室内壁之间加装隔热衬。固体推进剂包含胶 体(双基)推进剂和复合推进剂两大类。胶体推进剂为一种有机物的固态溶液(混合物)， 目前用的较多的是硝化纤维在某些炸药(硝化甘油和硝化二醇等)中的胶状溶液。为了提 高推进剂的贮存安定性、提高燃烧速度和热塑性以及降低爆炸危险等，还掺入了一些添加 剂，如稳定剂、催化剂、增塑剂和钝化剂等。复合推进剂是将氧化剂的微粒均勻地分布在固 体燃烧剂中，是氧化剂微粒和燃烧剂的机械混合物。复合推进剂的氧化剂用的较多的是硝 酸盐和氯酸盐；而燃烧剂则是具有一定机械性能和粘附性能的粘合剂，常用的有橡胶、树脂 和塑料等。胶体推进剂和复合推进剂的主要区别是复合推进剂能够稳定燃烧的初始温度和 压力范围更宽，燃烧温度更高，比冲更大。药柱的几何形状及尺寸直接决定着固体火箭发 动机的主要性能参数(推力和工作时间等)。因此药柱的形状必须根据推进剂的性能和发 动机的原始参数来确定。不同的药柱形状的燃烧方式也就不一样，对推力的变化规律也产 生不同的影响。按燃烧方式的不同，可以将药柱分为端面燃烧、侧面燃烧和端、侧面燃烧三 种类型，如图3- 所示。随着科技的发展，现代固体火箭的推力可以从几牛顿到几百万牛 顿，工作时间也长达数分钟，其推力大小和方向都可以得到适当的控制，多种发动机较好地 实现了多次起动。固体火箭发动机在导弹探空、运载等多方面有了广泛的应用。该书3. 4. 4 结合图3-30固一液混合火箭发动机对其工作原理和性能特点作了介绍。固一液混合火箭 是使用固体组元和液体组元组合推进剂的火箭，图3-30所示为此类发动机的示意图。固一 液混合发动机多采用固体的燃烧剂和液体的氧化剂，因为液体氧化剂比液体燃烧剂的密度 大，因此有利于提高推进剂的平均比冲。发动机工作过程为高压气瓶中的气体经过减压阀 减压，降低到所需压力后进入氧化剂贮箱，液体氧化剂在压力作用下经活门进入燃烧室的 喷注器，雾化了液体氧化剂被喷入到药柱(燃烧剂)的内孔通道内。此药柱只有一种组元， 因此不会产生燃烧反应。发动机工作时，由燃烧室头部的喷注器向燃烧室内喷注少量与液 态氧化剂发生自燃的液体燃料并进行点火，燃烧后的燃气对药柱的内腔通道加温，使其表 面气化，再与喷注器出来的液体蒸汽混合而燃烧，燃烧生成的高温、高压燃气在喷管中膨胀 加速，并以高速排出，产生推力。固一液混合发动机综合了固、液两种发动机的优点，其特 点是(1)混合推进剂的性能较好，其比冲与液体推进剂相近，比固体推进剂高得多，而平均 密度则比液体推进剂高；(2)结构上比固体发动机多了一个喷注器组合构件，但总体结构 仍比液体火箭简单；C3)通过关闭或调节液体组元的流量，可以较方便地实现多次起动、关 车和推力调节。
空气喷气发动机的主要性能参数如下。
(1)推力发动机的推力是作用在发动机内外表面上压力的合力，其单位为N。推 力产生的原理如图3-5所示。由动量定理可得推力F的表达式为
F = qmi (Ve-V0) +qm0ve+A (pe—p0)(3-1)
式中，qmi和qm(l分别为进入发动机的空气质量流量和出口燃气质量流量(单位为kg/s)，V0为进口气流速度，ve为喷管出口的燃气速度，A为喷管出口面积，为出口气流静 压，P。为周围大气静压。现代涡轮喷气发动机的推力由几KN到几百KN。(2)单位推力每 单位流量的空气(单位为kg/s)进入发动机所产生的推力称为单位推力，它是衡量发动机 性能的重要指标。(3)推重比发动机推力(地面最大工作状态下)和其结构重量之比，它 也是衡量发动机性能的一个重要指标。(4)单位耗油率产生单位推力(IN)每小时所消耗 的燃油量，其单位为kg/(N · h)。单位耗油率是发动机经济性的重要指标。
3. 4. 1火箭发动机的主要性能参数(1)推力火箭发动机产生的原理与空气喷气发 动机基本相同，只是火箭发动机推进剂进入发动机时速度为零，所以推力F可表示为
F = qmpve+A (Pe-P0)(3~2)
其中，qmp为推进剂的质量流量(单位为kg/s)，其他符号的意义同(3-1)式。当高 度增大量，Po逐渐减小，直至P。— 0时，此时的推力为发动机的真空推力。
(2)冲量和总冲发动机的冲量决定于推力的大小和工作时间的长短。用符号I表 示，定义为推力对工作时间的积分，即
I=JJa Fdt(3-3)
如果ta代表发动机的全部工作时间，则I即为发动机的总冲量，简称总冲。当推力 F为常数时，发动机的总冲就等于推力与工作时间的乘积，即I =F*ta，总冲的单位是N*s， 它反映了发动机工作能力的大小，是火箭发动机的一项重要的性能参数，决定着火箭射程 的长短或有效载荷的大小。( 比冲是指发动机燃烧Ikg推进剂所产生的冲量，单位为m/ S。比冲是火箭发动机的另一项重要性能参数，一方面当发动机的总冲一定时，比冲越高，则 发动机所需推进剂的质量越少，因此发动机的尺寸和质量都可以减少；另一方面，若推进剂 的质量给定，比冲越高，则发动机总冲就越大，因此可以使火箭的射程或有效载荷相应地增 加。在该书262页有为了能不断的多次快速点火，采用氧化剂和燃烧剂相遇即可自燃的推 进剂，如^ 和一甲基胼和偏二甲胼。这种控制方式结构简单，不需要转动机构和作动器， 仅需要对推进剂的喷和停进行控制。
权利要求
1.一种汽车用单组元液体燃料制动火箭(1)，包括尾喷管(1-4)，燃烧室(1-5)，隔热衬 垫(1-7)，高压气瓶(1-8)，高压气体(1-9)，点火装置(1-10)，喷注器(1-11)，推进剂输送系 统(1-12)，推进剂贮箱(1-13)，推进剂(1-14)，高压气瓶减压阀(1-15)，催化剂(1_16)；推 进剂应选用在贮存条件下保持稳定，进入推力室后又能立即分解、燃烧的燃料；其特征是 所述制动火箭(1)相当于有效载荷的是箭体以外的车体，箭体外壳(1-1)上制作有多道连 接环(1-3)，在连接环处，箭体可以有台阶和槽，尾喷管(1-4) 口部有喷管盖(1-6)与之滑动 配合，电子线路(5-1)是制动系统操控部分(5)用于连接和控制点火装置(1-10)，喷注器 (1-11)，推进剂输送系统(1-12)，高压气瓶减压阀(1-15)的部件。
2.一种汽车用双组元液体燃料制动火箭O)，包括尾喷管0-4)，燃烧室0-5)，隔热 衬垫(2-7)，高压气瓶(21)，高压气体(2-9)，点火装置(2-10)，喷注器(2-11)，推进剂输 送系统(2-12)，燃烧剂贮箱(2-13)，燃烧剂(2-14)，高压气瓶减压阀(2_15)，氧化剂贮箱 (2-16)，氧化剂(2-17)，其特征是所述制动火箭( 相当于有效载荷的是箭体外的车体， 箭体外壳上制作有若干道连接环0-3)，连接环处的箭体上可以有台阶和槽，尾喷 管0-4) 口部有喷管盖0-6)与之滑动配合，电子线路(5-1)是制动系统操控部分(5)用 于连接和控制点火装置(2-10)，喷注器(2-11)，推进剂输送系统(2-12)，高压气瓶减压阀 (2-15)的部件。
3.一种汽车用固体燃料制动火箭(3)，包括尾喷管(3-4)，燃烧室(3-5)，隔热衬垫 (3-7)，药柱(3-8)，火药盒(3-9)，发火管(3-10)，侧面燃烧通道(3_11)，药柱燃烧通道 (3-12)；可以选择六角形药柱(3-12)；其特征是所述制动火箭(3)有相当于有效载荷的 箭体外的车体，箭体外壳(3-1)上，制作有若干道连接环(3-3)，连接环处的箭体上应有台 阶或槽，尾喷管(3-4)部有喷管盖(3-6)与之滑动配合，电子线路(5-1)是制动系统操控部 分(5)用于连接和控制发火管(3-10)的部件。
4.一种汽车用固一液混合燃料制动火箭G)，包括尾喷管G-4)，燃烧室0-5)，隔热 衬垫G-7)，药柱G-8)，火药盒0-9)，发火管(4-10)，喷注器(4-11)，氧化剂输送系统 (4-12)，燃烧通道(4-13)，氧化剂贮箱(4-14)，氧化剂(4-15)，侧面包履层(4-16)，压缩 空气输入阀G-17)；压缩空气输入管G-21)；其特征是所述制动火箭箭体外壳(4-1) 制作有数道连接环G-3)，连接环处的火箭外壳上应有台阶或槽，喷管G-4) 口部有喷口 盖G-6)与之滑动配合，电子线路(5-1)是制动系统操控部分(5)用于连接和控制发火管 (4-10)，推进剂输送系统(4-12)，压缩空气输入阀G-17)的部件。
5.一种汽车新类型制动系统，包括操控部分(5)；其特征是所述制动系采用单组元液 体燃料制动火箭(1)；将二枚火箭(1)头部(1- 向后，尾喷管(1-4)向前分别牢固的连接 在汽车底盘(11)和后桥(7)上，还可以在汽车前部用上述方法安装二枚制动火箭(1)；在 需要紧急制动时，由制动系的控制部分(5)通过电子线路(5-1)向推进剂输送系统(1-12)， 点火装置(1-10)，高压气瓶(1-8)的减压阀(1-1 发出启动指令，高压气体(1-9)减压 阀(1-15)减压进入推进剂贮箱(1-13)，推进剂(1-14)由输送系统(1-12)输送，由喷注器 (1-11)喷注到燃烧室(1-5)，经催化剂(1-16)催化，由点火装置(1-10)引燃，推进剂在燃 烧室急剧燃烧产生大量高温高压气体经由喷管(1-4)冲开喷管盖(1-6)高速喷出，产生推 力，推力经由连接环(1-3)作用于车底盘(11)。
6.一种汽车新类型制动系统，包括操控部分(5)；其特征是所述制动系采用双组元液体燃料制动火箭O)；将二枚制动火箭( 头部(2- 向后，尾喷管(2-4)向前，分别牢固的 连接在汽车底盘(11)和后桥(7)上，还可以在汽车前部用上述方法安装二枚制动火箭O)； 在需要紧急制动时，由制动系的控制部分(5)通过电子线路(5-1)向点火装置0-10)，推 进剂输送系统(2-12)，高压气瓶的减压阀0-1 发出启动指令，高压气体(2-9)经减压阀 (2-15)减压进入氧化剂贮箱0-16)和燃烧剂贮箱0-13)；氧化剂0-17)和燃烧剂 由输送系统0-12)输送，经喷注器0-11)喷注到燃烧室0-5)，由点火装置Q-10)引燃， 推进剂在燃烧室(2- 急剧燃烧，产生大量高温高压气体，高温燃气在尾喷管(2-4)中膨胀 加速，高速喷出，从而产生推力，推力经连接环(2-3)和车底盘(11)作用于车体，实现及时 制动。
7.一种汽车新类型制动系统，包括操控部分(5)；其特征是所述制动系采用固体燃料 火箭(3)；使用连接环(3-3)，将四枚火箭C3)头部(3-2)向后，尾喷管(3-4)向前安装在汽 车底盘(11)上；安装在汽车驾驶室内的制动系操控部分(5)通过电子线路(5-1)连接并控 制火箭(3)的发火管(3-10)；在需要紧急制动时，操控部分(5)通过电子线路(5-1)对发 火管(3-10)发出点火指令，然后点燃火药盒(3-9)中的火药，再由燃烧的火药引燃在燃烧 室(3-5)中的药柱(3-8)，使其在燃烧通道(3-12)和侧面燃烧通道(3-11)中剧烈燃烧，冲 开喷管盖(3-6)，并产生大量高温高压气体，使高温高压气体在尾喷管(3-4)中膨胀加速， 产生高速射流，从而对汽车产生推力。
8.如权利要求
7所述的一种汽车新类型制动系统，包括操控部分(5)；其特征是所述 制动系是权利要求
7的改进型，其改进方向是制动系仍采用固体燃料火箭，采用低爆速炸 药，可以采用黑火药，采用圆形燃烧通道(3-14)，且缩小燃烧通道孔径，并在药柱(3-13)的 二个端面和外侧面采用阻燃材料予以包覆(3-15)，火箭长30cm，直径10cm。
9.一种汽车新类型制动系统，包括操控部分(5)；其特征是所述制动系采用固-液混 合燃料火箭；将四枚火箭(4)头部G-2)向后，尾喷管G-4)向前，使用连接环G-3)， 分别牢固的连接在汽车底盘(11)上，药柱可以采用六把舵轮形状药柱G-n)；喷管口有喷 管盖G-6)；前部的二枚与后部二枚火箭由操控部分(5)通过电子线路(5-1)实行分别控 制；在需要紧急制动时，由制动系统的操控部分(5)通过电子线路(5-1)向氧化剂输送系统 (4-12)，发火管(4-10)，压缩空气输入阀G-17)发出启动指令，压缩空气经气管G-21)和 输入阀G-17)进入氧化剂贮箱(4-14)，氧化剂G-15)由输送系统G-12)输送经过喷注 器G-11)喷入燃烧室G-5)，由点火装置G-10)点火引发急剧燃烧，燃烧产生大量高温高 压气体，经由尾喷管(4-4)高速喷出，产生巨大的反作用力，经过连接环(4-3)作用于底盘 (11)。
10.如权利要求
9所述新类型制动系统；其特征是所述制动系采用代号411，密度 1. 76g. cnT3，爆速8633m. s—1，耐热210°C，可耐池以上的高爆速炸药，采用过氧化氢H2A作氧 化剂；药柱G-18)采用六瓣梅花形燃烧通道(4-19)，侧面为燃烧通道(4-20)，制动火箭长 40cm,直径 12cm。
专利摘要
本实用新型公开了四种汽车用制动火箭及新类型制动系统，涉及汽车制造和喷气推进技术；提供了单组元和双组元两种液体火箭、固体火箭、固—液混合火箭，以及这四种火箭分别组成的制动系统；在需要紧急制动时，制动火箭被立即启动，并在百分之几秒的时间内作出迅速反应，火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体从尾喷管高速喷出，爆发出强大推力，抵消掉车体在行进中已获得的惯性力，缩短“轮胎拖印”，减少车祸，提高车辆安全性能；适用于各种客、货车，尤其是适用于需要长途行驶和在山路上行驶的各种车辆，如长途大客车、大货车、越野车、工具车、摩托车、电动车、混合动力车、特种车辆、各型轿车、皮卡、赛车、农用三轮、农用四轮等。
文档编号C06D5/00GKCN201895653SQ201020274946
公开日2011年7月13日 申请日期2010年7月22日
发明者李开超 申请人:李开超导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan