专利名称：火箭发动机的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种用流体燃料推进的火箭发动机，以及更具体地涉及一种将用以泵送流体燃料的涡轮机构和火箭主燃烧室集成为单一部件的火箭发动机。
美国专利3,541,793和3,577,735披露了一种涡轮火箭发动机，其中液体燃料由将液体燃料和液体氧化剂增压的相应的泵加压。其中的一个燃料成分首先在燃烧室外壁排放以达到冷却的目的，然后进入预燃室。其他燃料成分一部分排放在预燃室，以及其余部分排入主燃烧室。从预燃室流出的燃料驱动涡轮，涡轮又接着驱动相应的泵。燃料流随后进入主燃烧室。排放喷嘴相对于各自对应的燃烧室静止，从而使得在预燃室里有温度差而不是使涡轮受压力。另外，利用液体燃料冷却主燃烧室增加了成本、复杂性和重量。
美国专利4,769,996和4,870,825披露了一种设置有旋转压力阱的液体燃料旋转喷射系统，但是这些系统合并在使用气态氧化剂的涡轮发动机内。这些专利中都没有说明用以旋转喷射燃料和氧化剂成分的涡轮火箭发动发动机。
美国专利5,323,602披露了一种针对采用空气做冷却介质的气体燃料涡轮发动机的出流冷却系统。这一专利没有说明涡轮火箭发动发动机，也没有讲用预燃室的燃气外流冷却主燃烧室。
高压罐里的液体燃料和液体氧化剂以相对较低的压力提供给由压缩比相对较低的涡轮驱动的转子系统里的各个独立的部分，该转子系统由相对高的燃料/氧化剂比运行的预燃室所产生的燃烧排放流驱动，相对高的燃料/氧化剂比是为使不完全燃烧的排放流的温度可以被涡轮承受。液体燃料和液体氧化剂的流量比例通过独立的节流控制阀以相对较低的供给压控制，这样就可以提供花费少且更可靠的改进的控制方法。合并在转子系统中的旋转压力阱将各个节流控制阀的相对低压的出口与预燃室及主燃烧室的相对高压隔离开。
转子系统通过一个离心泵装置向液体燃料和液体氧化剂传送旋转动能和离心力。离心泵装置包括设置在一空心轴外壁内表面上的一个或几个纵向肋板或叶片，上面有一个或更多的与位于相邻的肋板或叶片之间形成的一个或多个相关的凹槽结合的排放孔。通常沿排放孔的压降相对很小，并且在正常运转过程中排放孔不必充入流体。此外，尽管凹槽和排放孔之间通常具有一一对应的关系，但由于受机械平衡的约束，可能有一个以上的排放孔，或者没有排放孔与某个特定凹槽连通。还有，尽管排放孔通常具有统一的尺寸和方向，但由于受机械平衡的约束，不同的排放孔可能会有不同的尺寸和方向。液体由肋板或叶片旋转并通过排放孔离心地加速，这向喷射的液体传递基本上径向的和圆周的速度，从而提供完全混合和分布。本发明所述离心泵装置不象许多现有的离心泵，不含将动能转换回压能的扩压器。所有液体燃料和一些液体氧化剂通过旋转喷射进入预燃室，然后混合、气化、以及在预燃室里不完全燃烧。预燃室里排放流的温度由相关的燃料/氧化剂混合比例控制。旋转喷射过程使得预燃室环形燃烧区里的温度分布更加均匀，从而确保涡轮以接近依从于材料的最高运转温度运行。
液体燃料和液体氧化剂都被离心地泵送。因此，转子系统含有同轴的空心部分，液体氧化剂从空心主轴的中心泵吸并经此空心部分传送，以及液体燃料从与空心部分同心的环形腔室里泵送。离心泵元部件，包括肋板/叶片和排放孔，其布局和尺寸设置为可以不破坏转子系统的机械平衡。但是，肋板/叶片和/或排放孔按照此约束可以不以均匀的间隔布置。
预燃室的一部分排放流经预燃室管线引导，途经主燃烧室管线外部，并通过出流冷却洞进入主燃烧室以便利用出流冷却来冷却主燃烧室。一部分燃料，液态的或气态的，也沿预燃室管线引导用以冷却预燃室，然后与用以冷却主燃烧室管线的排放流汇合。此外，出流冷却气一部分可排放在主燃烧室以便对收敛/扩散喷嘴提供边界层冷却。
传送到预燃室和主燃烧室的液体氧化剂的相对量由主转子系统里的液体氧化剂分配系统的结构设定。液体氧化剂泵的排放在其出口处分叉，将小部分的排放流送入将氧化剂传送到预燃室的旋转喷射装置。旋转喷射装置含有一个环形压力挡料圈，将预燃室压力隔离于主燃烧室压力，从而防止预燃室气体经旋转喷射装置在二者之间流运。一部分液体燃料也被送入一个几乎同处一个轴向平面的类似旋转喷射装置，从而当这两种液体从空心轴系统出来后被混合及雾化。在混合及雾化的同时混合物进行燃烧。另外的液体燃料喷入预燃室以帮助混合以及控制混合比以便当气体送达涡轮时达到适当的温度。因此，燃料/氧化剂混合比例应当在预燃室的某个区域加以控制，从而可以得到改进的燃烧特性。
点火器，例如高温喷灯，用来启动预燃室里的燃烧，随后燃烧连续不断并且自身维持。预燃室里的燃烧热量将喷入的液体燃料和液体氧化剂，包括所有用以冷却预燃室和/或主燃烧室管线的液体燃料气化。
大部分预燃室排放流在驱动涡轮后直接流入主燃烧室。这些排放流以及用以冷却预燃室和/或主燃烧室管线的气体与经由连接泵和涡轮的空心轴的中心传送的其余液体氧化剂汇合并燃烧，并当通过离心泵装置离开空心轴后利用旋转喷射装置直接喷入主燃烧室。这一高速的旋转喷射雾化液态氧化剂，液态氧化剂迅速气化并完成从涡轮进入主燃烧室的高热燃料气体的燃烧。暴露于主燃烧室高温燃烧气的空心轴端部可以由从那里发出的气态氧化剂的排放为之提供冷却或通风。空心轴端部还可以或可选地抛光或覆上涂层以提供对高温燃烧气的热绝缘。最终的或总说的燃料/氧化剂混合比按照特定的目标函数可以调整，例如由于受相关燃料罐相对尺寸的约束的最大推压力。
本发明可选地可以包含有一个经向泵或轴向泵安装在空心轴外部，预燃室前面，用以向火箭发动机泵送和喷射液体燃料。此外，液体氧化剂泵可以设置在液体氧化剂在预燃室和主燃烧室之间分流外位置的下游部位。
因此，本发明的一个目的是提供一种低成本的火箭发动机。
本发明的另一个目的在于提供具有可靠性提高的火箭发动机。
根据这些目的，本发明的一个特征在于燃料和氧化剂均以液态喷入相应的燃烧室。
本发明的另一个特征在于燃料和氧化剂均以低温液态喷入相应的燃烧室。
本发明的另一个特征在于预燃室和主燃烧室之间设置有涡轮的组合结构，其中涡轮驱动泵，泵将所有液体燃料和一部分液体氧化剂喷入预燃室，通过控制燃料/氧化剂混合比例使预燃室排放流温度可以被涡轮承受，以及其余的液体氧化剂与预燃室/涡轮的排放流汇合以较好地全面燃烧。
本发明的另一个特征在于装入用来泵送和喷射液体燃料和液体氧化剂的相应的气化芯体离心泵。
本发明的另一个特征在于液体燃料和液体氧化剂通过旋转喷射喷入相应的燃烧室。
本发明的另一个特征在于装入将液体燃料与燃烧室压力隔离开的环形压力挡料圈合。
本发明的另一个特征在于用出相关压力罐时以相对低的相关馈气压力控制液态燃料和液态氧化剂。
本发明的另一个特征在于利用预燃室排放流来对主燃烧室进行喷放冷却。
本发明特有的特征提供了许多相关联的优点。相对于在先技术，本发明的一个优点在于附接在现有液体燃料火箭发动机上的大量管路和机构可以去除，从而降低成本和提高可靠性。
在参照附图和所附权利要求书阅读下面优选实施例的详细描述后，将会更加全面地了解本发明上述这些以及其他的目的、特征、和优点。由于本说明将描述本发明应用于使用液氢和液氧的液体燃料火箭的实施，可以理解，对于本领域内具有一般专业知识的人来说本发明还可以应用于任何包含液体燃料和液体氧化剂的双液体燃料的系统中。
优选实施例详述参照
图1、2a和2b，具有第一端部12和第二端部14的火箭发动机10将第二端部14的推进力对准轴16的方向。第一推进剂组分18’和第二推进剂组分20’，例如对应的液氧18和液氢20，从各自的供给源22’和24’，如相应的第一和第二高压罐22和24，通过对应的第一和第二入口26’和28’，例如相应的涡管26和28，进入单个转子系统30，该转子系统包括用以将液氧18和液氢20泵送到第一和第二燃烧室34’和36’，例如对应的预燃室34和主燃烧室36的泵32。至少一部分由预燃室34出口39出来的排放流38来驱动带动转子系统30旋转的涡轮40。所有的，或者大部分的液氢传送入预燃室34，但是预燃室34只接收足够量的液氧以便将其出流温度提高到涡轮40易于承受的的水平。涡轮40排出的富含氢的排放流38以及那些绕过涡轮40的氢被送入主燃烧室36，余下的氧也被注入，从而可以在主燃烧室36里提供适合于特定燃料/氧化剂系统的最终燃料/氧化剂混合比，由此，主燃烧室36内的燃烧产生通常与火箭关联的甚高温。例如，在一个液氢(LH2)/液氧(LO2)系统中，燃料/氧化剂混合比例优选为5.5∶1，但也可以是任何能够支持燃烧的公知的混合比或混合比范围。比如，混合比例为2.8∶1(LH2∶LO2)可以达到最大推动力，虽然会带来需要不希望有的很大的液氢储罐的缺点。
参照图3，转子系统包含一根轴44，该轴具有彼此相邻相接且相通的第一和第二空心轴部46和48。第二空心轴部48至少有一部分的内径要比第一空心轴部46的内径大。液氧18从氧罐22以大约30磅/平方英寸的压力进入火箭发动机10第一端部12处的输氧涡管26，途经许多导流叶片49，然后进入在第一空心轴部46的经过第一端部52并在其内延伸的静止管50里。供给火箭发动机10的总氧量由一个构成受控的第一节流阀56的可动圆锥节流元件54控制，该节流元件形成一个限制从静止管50送氧的受控制的第一节流阀56。圆锥节流元件54由杆58定位，该杆58由火箭发动机10第一端部12形成的第一控制器60致动。
流过第一节流阀56的液氧18被导入旋转轴44第二空心轴部48的内部62，其中设有至少含一个螺纹样叶片的第一诱导叶轮64用以为液氧18提供结合的轴向加速度和角加速度，从而引导液氧18随轴44旋转，同时减少诱导过程的机械搅动所导致的加热并引起气化的热量。轴44的旋转产生离心力，使得液氧18移向轴44的内表面66，并在此使全部气化的氧68流向轴44的中心70，这些气化氧通过至少一个排放管71排到静止管50的外面。因为第一空心轴部46的内径比第二空心轴部48的内径小，液氧18和气化氧68的离心分离导致旋转的第一空心轴部46充满气化氧68，气化氧68排入一个固定的第一环形排放腔72，途经出气口73，并进入一个固定的第二环形排放腔74，气化氧68从这里排出火箭发动机10。
预燃室34里与轴44连接，确切地说与第二空心轴部48连接的第一旋转喷嘴76包含至少一个与入口80及预燃室34流体连通的第一旋转喷孔78。入口80与输氧涡管26流体连通，该涡管26通过位于第一和第二空心轴部46和48相应的内部82和62里的相关流体通道传送液氧18。第一旋转喷孔78随轴44绕其轴线16旋转。第一旋转喷嘴76还包含至少一个第一环形压力挡料圈86，该第一环形压力挡料圈86包括具有与沿其中一定长度流体连通的入口90和出口92的第一流体通道88。第一流体通道88用于在绕旋转轴线16旋转时，使得第一流体通道88上任一点的离心加速度能够比入口90或出口92处的离心加速度都大。
参照图1和4，第二空心轴部48还包括第三空心轴部94，第三设有空心轴部94里面设有许多纵向肋板96和凹槽98。纵向凹槽98构成了介于输氧涡管26和第一旋转喷嘴76之间的流体通道100的一部分。对于均匀尺寸的纵向凹槽98，每个纵向凹槽98都会从第一诱导叶轮64接收等量的液氧18。但是，纵向凹槽98可以是不均匀尺寸的——在旋转平衡约束下，从而在各个纵向凹槽98里有相应的不同液氧流量。至少有一个第一凹槽102与第一旋转喷嘴76的入口80流体连通。第二空心轴部48还包括第四空心轴部104，至少有一个第二凹槽106从第三空心轴部94沿其内部延伸到第四空心轴部104里。参照图5，那些没有延伸到第四空心轴部102里的第一凹槽102被介于第三空心轴部94和第四空心轴部104之间的关联环形挡料段108堵塞住。
沿第一凹槽102流动的液氧18通过相应的第一旋转喷孔78排入预燃室34。沿纵向凹槽98，具体地是第二凹槽106流动的其余液氧18经由相应的第三旋转喷孔109排入主燃烧室36，其中进入预燃室34和主燃烧室36的液氧18的相对流量在对应的燃烧室里中用以控制混合比例，尤其使预燃室34里的混合物浓度比主燃烧室36高得多，并且在比主燃烧室36低得多的温度下燃烧。这种设置不需要针对进入预燃室34的液氧流进行独立的伺服控制。优选地，每一个通过第一旋转喷孔78排流进入预燃室34的纵向凹槽98，大约对应有五(5)个通过第三旋转喷孔109排流进入主燃烧室36的纵向凹槽98。从轴44流入预燃室34和主燃烧室36的液氧18的径向喷射可以在各燃烧室里达到均匀的周向分布和雾化。
参照图1、2a和2b，液氢20从相关的高压氢罐24以大约15磅/平方英寸的压力进入氢涡管28。液氢20由氢涡管28通过第二节流阀110径向向内流动，该第二节流阀110由节流环112控制，节流环112由至少一个穿过壳体116并连接于第二控制器118的控制杆114定位。
第二节流阀110下部，液氢20流经一个弯曲的环状偏流器120，环状偏流器120将流向由径向向内转换为轴向。该弯曲的环状偏流器120可设有叶片向液氢流施以预弯。从弯曲的环状偏流器120出来的液氢20排入转子系统30里的环形管124的内部122里以及设置在转子系统30中并随之旋转的第二诱导叶轮126内。第二诱导叶轮126含有至少一个螺纹叶片用以为液氢20提供结合轴向加速度和角加速度，从而引导液氢20随轴44旋转，同时减少诱导过程的机械搅动所产生加热并引起气化的热。第二诱导叶轮126下部，环形管124直径扩大，离心力使环形管124里的液氢20移向环形管124的最外面，从而将其中的气化氢130排向它的内部122。
设置在第二空心轴部48和弯曲的环状偏流器120机构之间的第一迷宫式密封134可检测从环形管124沿第一排放管136进入第三环形排放腔138的气化氢130的泄漏，气化氢130从第三环形排放腔138处排出火箭发动机10。第一密封140，例如碳素密封，设置在旋转环形管124外面和固定的第三环形排放腔138之间，用以密封从固定的环状偏流器120沿旋转的环形管124进入固定的第三环形排放腔138的氢泄漏。
大部分液氢流从旋转的环形管124向外传送到连接于轴44的预燃室34内，具体地是第二空心轴部48的第二旋转喷嘴142。第二旋转喷嘴142包括至少一个与环形管124及预燃室34流体连通的第二旋转喷孔144。第二旋转喷孔144绕轴44的轴线16旋转。第二旋转喷嘴142还包括至少一个第二环形压力挡料圈146，该第二环形压力挡料圈146包括一个具有沿其一段流体连通的入口150和出口152的第二流体通道148。第二流体通道148用于使当绕旋转轴线16旋转时第二流体通道148上任一点的离心加速度能够比入口150或出口152处的离心加速度都大。参照图2a、3和6，每个第二环形压力挡料圈146都与环形歧管154流体连通，该环形歧管154与环形腔156流体连通，该环形腔156被一组径向叶片158分隔为多个径向腔160，并且至少有一部分径向腔160可向对应的第二旋转喷孔144排流。
运行时，径向叶片158可使环形腔156里的液氢20在其中旋转，以及所产生的离心力使旋转的液氢20产生很大的压力梯度并在第二旋转喷孔144形成很高的排放压力。第二旋转喷孔144优选地设置在不同的轴向位置以便在预燃室34内达到改善的混合和燃烧。此外，所有第二旋转喷孔144中的一部分相对直径方向呈一定角度。相关的第二旋转喷孔144的位置、方向以及尺寸要设置得可使转子系统30保持机械平衡。
以正常的流量，液氢20不能完全充满共同充当气化芯泵的环形管124或环形腔156。第二环形压力挡料圈146的第二流体通道148保持充载液氢20以防止高压气从第二环形压力挡料圈146的下部区域回流。
第二空心轴部48还包括一个含有分别贴近第二空心轴部48第一端部168和第二端部170的封闭端164和第二端部166的轴套筒162，其中轴套筒162的封闭端164形状上作成第三环形压力挡料圈174的边界172。第三环形压力挡料圈174包括一个具有沿其中一段流体连通的入口178和出口180的第三流体通道176。由于边界172，第三流体通道176用于在绕旋转轴线16旋转时第三流体通道176上任一点的离心加速度能够比入口178或出口180处的离心加速度都大。
位于主燃烧室36里的第三旋转喷嘴182包括至少一个设置在第二空心轴部48的第二端部170处的第三旋转喷孔109，该喷孔与至少一个第二凹槽106并与主燃烧室36流体连通，其中该至少一个第二凹槽106与第三环形压力挡料圈174的出口180在从提供液氧18的输氧涡管26到第三旋转喷孔109的流体通道中流体连通。第三流体通道176连接于轴44，具体地说连接于第四空心轴部104，并随轴44绕其轴线16旋转。
运行时，高压氧罐22的液氧18途径第一空心轴部46里的静止管50从第一节流阀56向外排放进入第二空心轴部48，并被第一诱导叶轮64旋转加速从而液氧18随轴44旋转。所产生的离心力将液氧18与轴44的中心70的径向面积成比例地增压，从而液氧18沿第二空心轴部48内表面流动。液氧18充入第三环形压力挡料圈174的第三流体通道176，并且具有相当高的轴速的第三流体通道176保持充满液氧18以将第三环形压力挡料圈174下部的主燃烧室36的高压与第三环形压力挡料圈174上游的液氧18的相对低压分隔开。
按照美国专利4,870,825的描述，——在此引做参考，环形压力挡料圈包括具有入口出口的流体通道，其中当环形压力挡料圈旋转时，流体通道上任一点的离心加速度能够比入口出口处任一点的离心加速度都大。因此，当流体通道充满相对高浓度介质时，例如液体，如果入口和出口之间没有压力差那么入口和出口径向液面一致，否则根据压力差梯度及旋转速度会有不同。因此，供给环形压力挡料圈入口的相对低压的液体送入出口相对高压的区域，环形压力挡料圈能够防止气体经此回流。
因此，第一环形压力挡料圈86将第一旋转喷嘴76入口80处具有主燃烧室36的压力的液氧18与预燃室里相对高压的气体分隔开。类似地，第二环形压力挡料圈146将环形管124里具有供给压的液氢20与预燃室里相对高压的气体分隔开。此外，第三环形压力挡料圈174将第一节流阀56具有供给压的液氧18与预燃室里相对高压的气体分隔开。
优选地，第二旋转喷孔144全部排放于预燃室34内。但是，出于冷却预燃室34和主燃烧室36的目的，一部分第二旋转喷孔144可以用于通过设于预燃室衬套188外面的第一孔口186排放液氢20的分流185。达50％的氢流排到预燃室衬套188外面，并且其余的排入接近于用以排出液氧18的第一旋转喷孔78的预燃室34。以高角速度旋转的转子系统30向从这里排出的液氢20和液氧18传送很大的切向速度，从而预燃室34里的环形区190中形成混合均匀的氢/氧混合物，并且一旦由诸如化学点火器或者电火花或等离子设备的点火器192点燃后可以保持燃烧。
预燃室34出来的排放流38的第一部分194流经预燃室衬套188里的至少一个第一排放孔196，进入至少部分围绕预燃室衬套188的第一环形通道198，流过燃烧室衬套支撑结构202上的第二孔口200，进入第二环形通道204，流入主燃烧室衬套208里的出流冷却孔206。
预燃室34出来的排放流38是具有适中温度——例如1,200°F的浓度很大的混合物(如富含氢)。排放流38的第二部分210流向安装在氢和氧流动通道上的仅为驱动泵32而产生必要能量的低负荷单极轴向流涡轮40，其中泵32含有各种诱导叶轮和转子系统30的肋板及叶片件并向液氧18和液氢20提供动能。
经涡轮40的压降足以使排放流38的第一部分194由相对高压的预燃室34流入相对低压的主燃烧室36。流向预燃室衬套188外面的液氢20的分流185向预燃室衬套188以及流入预燃室衬套188的排放流38的第一部分194吸收足够的热量使液氢20蒸发。
从涡轮40流入主燃烧室36的相对高浓度的排放流38的第二部分210与从出流冷却孔206流出的相对高浓度的出流冷却气212相混合，以及与由至少一个第三旋转喷孔109旋转排出的液氧18混合，从而形成实现理想推进功效所必要的高温排放流214。该高温排放流214通过现有类型的收敛/扩散喷嘴216来扩散。收敛/扩散喷嘴216的表面218达喷管喉部220都由沿主燃烧室衬套208流动的出流冷却气212冷却。收敛/扩散喷嘴216的扩散部分222优选地沿可更换的烧蚀材料224铺设。
从环形腔156出来的一少部分冷氢气226流经至少一个第二排放孔228进入第二环形腔230，然后流经支撑涡轮40的花键轴衬234上的至少一个第三排放孔232，流经花键轴衬234里的第三环形腔236，流经花键轴衬234上的至少一个第四排放孔238，进入涡轮端部轴承套240冷却第一支撑轴承242，流经一组第二迷宫式密封244，进入主燃烧室36。涡轮端部轴承套240利用第三迷宫式密封246密封于预燃室34。
设置有至少一个充满诸如氦的高压惰性气体248的环形缓冲室以分隔开第一推进剂组分18’和第二推进剂组分20’从而防止在此处而非第一或第二燃烧室34’和36’里形成易燃混合物。在至少一个环形缓冲室里的高压惰性气体248的压力比邻近的燃烧室里的任一推进剂组分的压力都要高。参照图2a，第一环形缓冲室250可以接收高压惰性气体248，该高压惰性气体248被引向启动火箭发动机10的小推进泵252。在第二环形缓冲室254里的高压惰性气体248通过介于第一环形排放腔72和第二环形缓冲室254之间的第二密封256，如碳素密封，对氧气密封。在第三环形缓冲室258里的高压惰性气体248通过介于第三环形排放腔138和第三环形缓冲室258之间的第三密封260，如碳素密封，对氢气密封。在至少一个第四环形缓冲室262中的高压惰性气体248冷却第二支撑轴承264以及设于反推转子270上的第一和第二推力轴承266和268。
在一个示范性的系统中，以大约40磅/平方英寸的压力从高压罐按照大约每秒9.3磅的流量流入预燃室的液氧与以大约40磅/平方英寸的压力从高压罐按照大约每秒9.3磅的流量流入预燃室的液氧反应生成具有大约1300°F的温度和大约220磅/平方英寸的压力的排放流。从预燃室出来的该排放流驱动为液体推进剂组分提供旋转动能的涡轮。然后从预燃室出来的该排放流在主燃烧室与另外的每秒41.8磅的氧反应生成具有大约5400°F温度和大约200磅/平方英寸的压力的排放流，可以在真空装置里提供大约25,000磅的推力。
任何本领域具备一般专业知识的人员能够明白本发明可以容易地适用于非液氢的液体燃料，以及非液氧的液体氧化剂。因此，相比于液氢和液氧的比例如果运行选用的液体燃料比辅助的液体氧化剂浓度高，那么连接于液体燃料泵及传送系统的环形腔直径比传送液体氧化剂的腔/轴直径相对要小。此外，优选的几何尺寸还要依赖于运行速度以及推进剂组分在运行压力和温度下的相关属性。
以上的详细描述以及附图的图解已经详细说明了具体实施例，本领域具备一般专业知识的人员能够明白在本发明讲解的启发下针对本发明可以作出各种修改及变化。因此，本发明所讲的具体方案和设置其目的仅仅在于讲解而并不限制本发明的范围，随后将给出所附权利要求书以及本发明所有等效物的详尽的范围。
权利要求
1.一种火箭发动机，包括a.一个第一入口，用以接收来自所述第一推进剂组分供给源的第一推进剂组分；b.一个第二入口，用以接收来自所述第二推进剂组分供给源的第二推进剂组分；c.含有一个出口的第一燃烧室；d.一个第一旋转喷嘴，位于所述第一燃烧室里，包含至少一个具有一个第一旋转轴线的第一旋转喷孔，其中，所述至少一个第一旋转喷孔与所述第一旋转喷嘴的至少一个入口以及与所述第一燃烧室流体连通，并且所述第一旋转喷嘴的所述至少一个入口与所述火箭发动机的所述第一入口流体连通；以及e.一个第二旋转喷嘴，位于所述第一燃烧室里，包含至少一个具有一个第二旋转轴线的第二旋转喷孔，其中，所述至少一个第二旋转喷孔与所述第二旋转喷嘴的至少一个入口以及与所述第一燃烧室流体连通，并且所述第二旋转喷嘴的所述至少一个入口与所述火箭发动机的所述第二入口流体连通。
2.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第一推进剂组分供给源包含一个第一高压罐，并且所述第二推进剂组分供给源包含一个第二高压罐。
3.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第一推进剂组分包含燃料以及所述第二推进剂组分包含氧化剂。
4.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第一和第二推进剂组分均为液体。
5.如权利要求4所述火箭发动机，其特征在于，所述第一和第二推进剂组分均为低温液体。
6.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第一和第二推进剂组分至少在一个位置通过至少一个充满惰性气体的腔室相互隔离。
7.如权利要求6所述火箭发动机，其特征在于，所述惰性气体的压力要比选自所述第一推进剂组分的压力和所述第二推进剂组分的压力的最高压力都要高，从而防止选自所述第一推进剂组分和所述第二推进剂组分的推进剂组分流入所述至少一个腔室。
8.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第一旋转喷嘴可以将所述第一燃烧室的压力与所述第一旋转喷嘴的所述至少一个入口的压力分隔开。
9.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第二旋转喷嘴用于将所述第一燃烧室的压力与所述第二旋转喷嘴的所述至少一个入口的压力分隔开。
10.如权利要求8所述火箭发动机，其特征在于，所述第二旋转喷嘴可以将所述第一燃烧室的压力与所述第二旋转喷嘴的所述至少一个入口的压力分隔开。
11.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线重合。
12.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，所述第一旋转喷嘴的所述至少一个入口与所述火箭发动机的所述第一入口通过一个第一流体通道流体连通，所述第二旋转喷嘴的所述至少一个入口与所述火箭发动机的所述第二入口通过一个第二流体通道流体连通，以及所述第一和第二流体通道相互同心。
13.如权利要求12所述火箭发动机，其特征在于，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线重合，并且所述第一和第二流体通道与所述第一和第二旋转轴线同心。
14.如权利要求13所述火箭发动机，其特征在于，在所述第一流体通道里还包括一个第一诱导叶轮，其中，所述第一诱导叶轮绕所述第一旋转轴线旋转。
15.如权利要求14所述火箭发动机，其特征在于，在所述第二流体通道里还包括一个第二诱导叶轮，其中，所述第二诱导叶轮绕所述第二旋转轴线旋转。
16.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第一节流阀，其中，所述第一节流阀含有一个入口和一个出口，所述第一节流阀的所述入口与所述火箭发动机的所述第一入口流体连通，以及所述第一节流阀的所述出口与所述第一旋转喷嘴的所述入口流体连通。
17.如权利要求16所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个用以控制所述第一节流阀的第一控制器。
18.如权利要求16所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第二节流阀，其中，所述第二节流阀含有一个入口和一个出口，所述第二节流阀的所述入口与所述火箭发动机的所述第二入口流体连通，以及所述第二节流阀的所述出口与所述第二旋转喷嘴的所述入口流体连通。
19.如权利要求18所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个用以控制所述第一节流阀的第一控制器以及一个用以控制所述第二节流阀的第二控制器。
20.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个运行上连接于所述第一燃烧室的点火器。
21.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个涡轮，其中，所述涡轮含有一个入口和一个出口，所述入口与所述第一燃烧室的所述出口流体连通，以及所述涡轮运行上连接于所述第一和第二旋转喷嘴，从而当所述火箭发动机运转时，所述第一和第二推进剂组分在所述第一燃烧室里燃烧以生成排放流并且所述涡轮由从所述第一燃烧室出来的所述排放流的至少一部分驱动。
22.如权利要求14所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个涡轮，其中，所述涡轮含有一个入口和一个出口，所述入口与所述第一燃烧室的所述出口流体连通，以及所述涡轮运行上连接于所述第一和第二旋转喷嘴，所述涡轮运行上连接于所述第一诱导叶轮，从而当所述火箭发动机运转时，所述第一和第二推进剂组分在所述第一燃烧室里燃烧以生成排放流并且所述涡轮由从所述第一燃烧室出来的所述排放流的至少一部分驱动。
23.如权利要求15所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个涡轮，其中，所述涡轮含有一个入口和一个出口，所述入口与所述第一燃烧室的所述出口流体连通，以及所述涡轮运行上连接于所述第一和第二旋转喷嘴，所述涡轮运行上连接于所述第一和第二诱导叶轮，从而当所述火箭发动机运转时，所述第一和第二推进剂组分在所述第一燃烧室里燃烧以生成排放流并且所述涡轮由从所述第一燃烧室出来的所述排放流的至少一部分驱动。
24.如权利要求21所述火箭发动机，其特征在于，所述第一和第二推进剂组分在所述第一燃烧室里不完全燃烧从而将所述排放流的温度降低到可被所述涡轮承受的水平。
25.如权利要求24所述火箭发动机，其特征在于，所述第一燃烧室运行选用燃料/氧化剂混合比对照化学计量比例更富含燃料的燃料。
26.如权利要求21所述火箭发动机，其特征在于，还包括a.一个第二燃烧室，与所述涡轮的所述出口流体连通；以及b.一个第三旋转喷嘴，位于所述第二燃烧室里，包含至少一个具有一个第三旋转轴线的第三旋转喷孔，其中，所述至少一个第三旋转喷孔与所述第三旋转喷嘴的至少一个入口以及与所述第二燃烧室流体连通，并且所述第三旋转喷嘴的所述至少一个入口与所述火箭发动机的所述第二入口通过所述第二流体通道流体连通，从而当运行时，所述第二燃烧室燃烧含有所述排放流及所述第二推进剂组分的混合物从而生成第二排放流。
27.如权利要求26所述火箭发动机，其特征在于，所述第三旋转轴线与所述第一旋转轴线重合。
28.如权利要求26所述火箭发动机，其特征在于，所述第二旋转喷嘴将所述第二推进剂组分的第一部分喷入所述第一燃烧室，以及所述第三旋转喷嘴将所述第二推进剂组分的其余部分喷入所述第二燃烧室。
29.如权利要求1所述火箭发动机，其特征在于，还包括由至少一套轴承支撑的至少一个轴部，其中，所述至少一个轴部含有一个旋转轴线，所述至少一个轴部运行上连接于所述第一和第二旋转喷嘴，所述至少一个轴部包含一个空心轴部分，以及所述第一流体通道含有所述空心轴部分。
30.如权利要求29所述火箭发动机，其特征在于，所述至少一个轴部分包含至少一个环形腔以及所述第二流体通道含有所述至少一个环形腔。
31.如权利要求15所述火箭发动机，其特征在于，还包括至少一个运行上连接于所述第一和第二诱导叶轮的轴部，其中，所述至少一个轴部含有一个旋转轴线，所述至少一个轴部运行上连接于所述第一和第二旋转喷嘴，所述至少一个轴部包含一个空心轴部分，以及所述第二流体通道含有所述空心轴部分。
32.如权利要求29所述火箭发动机，其特征在于，所述至少一套轴承由所述第一和第二推进剂组分之一的气体冷却。
33.如权利要求29所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第一节流阀，其中，所述第一节流阀含有一个入口和一个出口，所述第一节流阀的所述入口与所述火箭发动机的所述第一入口流体连通，所述第一节流阀的所述出口与所述第一旋转喷嘴的所述入口流体连通，以及所述第二节流阀设置于所述空心轴部分。
34.如权利要求33所述火箭发动机，其特征在于，所述空心轴部分内的所述第一节流阀的位置接近于所述第一旋转喷嘴的所述入口处。
35.如权利要求30所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第二节流阀，其中，所述第二节流阀含有一个入口和一个出口，所述第二节流阀的所述入口与所述火箭发动机的所述第二入口流体连通，所述第二节流阀的所述出口与所述第二旋转喷嘴的所述入口流体连通，以及所述第一节流阀运行上连接于所述至少一个环形腔。
36.如权利要求35所述火箭发动机，其特征在于，所述第二节流阀在接近于所述第二旋转喷嘴的所述入口位置处运行上连接于所述至少一个环形腔。
37.如权利要求27所述火箭发动机，其特征在于，还包括由至少一套轴承支撑的至少一个轴部，其中，所述至少一个轴部含有一个旋转轴线，所述至少一个轴部运行上连接于所述第一和第二旋转喷嘴，所述至少一个轴部包含一个空心轴部分，所述第二流体通道含有所述空心轴部分，所述至少一个轴部穿过所述第一燃烧室延伸至所述第二燃烧室，以及所述至少一个轴部运行上连接于所述涡轮及所述至少一个第三旋转喷嘴，从而响应从所述第一燃烧室经所述涡轮排放出来的所述排放流的所述至少一部分，所述涡轮使所述旋转轴旋转。
38.如权利要求26所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个具有一个入口和一个出口的收敛/扩散喷嘴，其中，所述收敛/扩散喷嘴的所述入口与所述第二燃烧室的所述出口流体连通。
39.如权利要求38所述火箭发动机，其特征在于，所述收敛/扩散喷嘴的扩散部分含有烧蚀衬套。
40.如权利要求29所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个选自电启动器、发电机、和电振荡器的电机，其中，所述电机运行上连接于所述至少一个轴部。
41.如权利要求29所述火箭发动机，其特征在于，还包括运行上连接于一个高压惰性气体供给源的涡轮，其中，所述涡轮运行上连接于所述至少一个轴部，从而，在运行时，来自所述高压惰性气体供给源的一股惰性气体启动所述涡轮以旋转所述至少一个轴部来启动火箭发动机。
42.一种操作火箭发动机的方法，包括a.向所述火箭发动机提供第一和第二推进剂组分；b.通过位于所述第一燃烧室里的至少一个第一旋转排放孔向第一燃烧室喷入至少一部分所述第一推进剂组分；c.通过位于所述第一燃烧室里的至少一个第二旋转排放孔向第一燃烧室喷入至少一部分所述第二推进剂组分；d.在所述第一燃烧室里至少不完全燃烧所述第一和第二推进剂组分从而生成排放流；以及e.将所述排放流从所述第一燃烧室排放出去。
43.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，提供第一和第二推进剂组分的运转是通过同心的通道。
44.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括利用至少一个节流阀对所述第一和第二推进剂组分的至少其中之一进行节流运转。
45.如权利要求44所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括设置所述至少一个节流阀于选自旋转空心轴内部区域里及环形通道里的至少一个位置，其中，所述至少一个位置与所述第一和第二旋转排放孔至少其中之一流体连通。
46.如权利要求45所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括把所述至少一个节流阀设置于接近于所述第一和第二排放孔至少其中之一。
47.如权利要求43所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，至少一个所述的同心通道里的内部区域含有所述第一和第二推进剂组分至少其中之一的气态相。
48.如权利要求43所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括引导所述第一和第二推进剂组分至少其中之一随所述第一和第二旋转喷嘴至少其中之一旋转，其中，利用设置于至少一个所述同心通道里的至少一个诱导器进行引导操作。
49.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将所述第一推进剂组分的压力与所述第一燃烧室的压力分隔开。
50.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将所述第二推进剂组分的所述至少一部分的压力与所述第一燃烧室的压力分隔开。
51.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，所述第一推进剂组分含有液体燃料以及所述第二推进剂组分是液体氧化剂。
52.如权利要求51所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，在所述第一燃烧室里喷射的液体燃料与喷射的液体氧化剂的比例是富含燃料。
53.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括在所述第一燃烧室里不完全燃烧所述第一和第二推进剂组分。
54.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将来自所述第一燃烧室的所述排放流至少一部分排入第二燃烧室。
55.如权利要求42所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括经一个涡轮从所述第一燃烧室排出所述排放流的至少一部分。
56.如权利要求55所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括用所述涡轮转动所述至少一个第一旋转排放孔及所述至少一个第二旋转排放孔。
57.如权利要求54所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将所述第二推进剂组分的其余部分通过所述第二燃烧室里的至少一个所述第三旋转排放孔喷入所述第二燃烧室里。
58.如权利要求54所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括通过将所述第二推进剂组分的其余部分通过所述第二燃烧室里的至少一个所述第三旋转排放孔喷入所述第二燃烧室里的操作来改变排入第二燃烧室的来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述至少一部分的至少一种特性，其中，所述至少一种特性选自流动模式和混合模式。
59.如权利要求57所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将所述第二推进剂组分的所述其余部分的压力与所述第二燃烧室的压力分隔开。
60.如权利要求54所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将来自所述第一燃烧室的所述排放流的其余部分通过位于所述第二燃烧室的室壁上的至少一个排放孔排入第二燃烧室里。
61.如权利要求60所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括通过将来自所述第一燃烧室的所述排放流的其余部分通过位于所述第二燃烧室的室壁上的至少一个排放孔排入第二燃烧室里的操作来改善排入第二燃烧室的来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述至少一部分的至少一种特性，其中，所述至少一种特性选自流动模式和混合模式。
62.如权利要求57所述操作火箭发动机的方法，其特征在于，还包括将来自所述第一燃烧室的所述排放流的至少一部分排入涡轮，以及利用涡轮来转动所述至少一个第一旋转排放孔、所述至少一个第二旋转排放孔、和所述至少一个第三旋转排放孔。
63.一种用于火箭发动机的转子系统，包括a.含有一个旋转轴线的一个第一空心轴部分，其中，所述第一空心轴部分的第一端部接收第一流体推进剂组分；b.运行上连接于所述第一空心轴部分的至少一个第一旋转排放管，其中，所述至少一个第一旋转排放管与所述第一空心轴部分的内部流体连通；c.围绕所述第一空心轴部分至少一部分的环形管，其中，所述环形管的第一端部可以接收第二流体推进剂组分；以及d.运行上连接于所述第一空心轴部分的至少一个第二旋转排放管，其中，所述至少一个第二旋转排放管与所述环形管流体连通。
64.如权利要求63所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括至少一个第一环形压力挡料圈，其中，所述至少一个第一环形压力挡料圈包括一个第一流体通道，该第一流体通道含有通过所述第一流体通道沿所述第一流体通道长度方向相互流体连通的一个入口和一个出口，其中，所述第一流体通道可以绕所述旋转轴线旋转，所述第一流体通道的所述入口与所述第一空心轴部分的所述内部流体连通，所述第一流体通道的所述出口与所述至少一个所述第一旋转排放管流体连通，以及所述第一流体通道当所述第一环形压力挡料圈绕所述旋转轴线旋转时所述第一流体通道上任一点的离心加速度比选自所述入口和所述出口的位置上的任何点的离心加速度都大。
65.如权利要求63所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括至少一个第二环形压力挡料圈，其中，所述至少一个第二环形压力挡料圈包括一个第二流体通道，该第二流体通道含有通过所述第二流体通道沿所述第二流体通道长度方向相互流体连通的一个入口和一个出口，其中，所述第二流体通道可以绕所述旋转轴线旋转，所述第二流体通道的所述入口与所述环形管流体连通，所述第二流体通道的所述出口与所述至少一个所述第二旋转排放管流体连通，以及所述第二流体通道当所述第二环形压力挡料圈绕所述旋转轴线旋转时所述第二流体通道上任一点的离心加速度比选自所述入口和所述出口的位置上的任何点的离心加速度都大。
66.如权利要求64所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括至少一个第二环形压力挡料圈，其中，所述至少一个第二环形压力挡料圈包括一个第二流体通道，该第二流体通道含有通过所述第二流体通道沿所述第二流体通道长度方向相互流体连通的一个入口和一个出口，其中，所述第二流体通道可以绕所述旋转轴线旋转，所述第二流体通道的所述入口与所述环形管流体连通，所述第二流体通道的所述出口与所述至少一个所述第二旋转排放管流体连通，以及所述第二流体通道当所述第二环形压力挡料圈绕所述旋转轴线旋转时所述第二流体通道上任一点的离心加速度比选自所述入口和所述出口的位置上的任何点的离心加速度都大。
67.如权利要求63所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括与所述第一空心轴部分的所述内部流体连通的一个第一诱导叶轮，其中，所述第一诱导叶轮与所述旋转轴线同心。
68.如权利要求63所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，在所述环形管的至少一部分里还包括一个第二诱导叶轮，其中，所述第二诱导叶轮与所述旋转轴线同心。
69.如权利要求67所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，在所述环形管的至少一部分里还包括一个第二诱导叶轮，其中，所述第二诱导叶轮与所述旋转轴线同心。
70.如权利要求63所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括运行上连接于所述第一空心轴部分的至少一个涡轮叶片。
71.一种用于火箭发动机的转子系统，包括a.含有一个旋转轴线的一个第一空心轴部分，其中，所述第一空心轴部分的第一端部接收第一流体推进剂组分；b.运行上连接于所述第一空心轴部分的至少一个第一旋转排放管，其中，所述至少一个第一旋转排放管与所述第一空心轴部分的内部流体连通；c.一个第二空心轴部分，其中，所述第二空心轴部分的第一端部运行上连接于所述第一空心轴部分的第二端部，以及所述第二空心轴部分的内部与所述第一空心轴部分的内部流体连通；以及d.与所述第二空心轴部分的所述内部流体连通的至少一个第三旋转排放孔。
72.如权利要求71所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述第二空心轴部分的所述内部包含至少一个第一凹槽以及所述至少一个第一旋转排放管与所述至少一个第一凹槽流体连通。
73.如权利要求72所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述至少一个第三旋转排放管运行上连接于接近所述第二空心轴部分的第二端部的所述至少一个第一凹槽。
74.如权利要求72所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述第二空心轴部分的所述内部包含至少一个第二凹槽，以及所述至少一个第三旋转排放管与接近所述第二空心轴部分的第二端部的所述至少一个第二凹槽流体连通。
75.如权利要求74所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述至少一个第一凹槽和所述至少一个第二凹槽用于将所述至少一个第一旋转排放管与所述至少一个第三旋转排放管之间的所述第一推进剂组分比例分流。
76.如权利要求71所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括至少一个涡轮叶片，其中，所述至少一个涡轮叶片运行上连接于所述第一空心轴部分和所述第二空心轴部分。
77.如权利要求71所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括与所述第一空心轴部分的内部流体连通的第一诱导叶轮，其中，所述第一诱导叶轮与所述旋转轴线同心。
78.如权利要求71所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括至少一个第一环形压力挡料圈，其中，所述至少一个第一环形压力挡料圈包括一个第一流体通道，该第一流体通道含有通过所述第一流体通道沿所述第一流体通道长度方向相互流体连通的一个入口和一个出口，其中，所述第一流体通道可以绕所述旋转轴线旋转，所述第一流体通道的所述入口与所述第一空心轴部分的所述内部流体连通，所述第一流体通道的所述出口与选自所述至少一个所述第一旋转排放管、所述第二空心轴部分的所述内部、以及所述至少一个所述第三旋转排放管的部件流体连通，以及所述第一流体通道当所述第一环形压力挡料圈绕所述旋转轴线旋转时所述第一流体通道上任一点的离心加速度比选自所述入口和所述出口的位置上的任何点的离心加速度都大。
79.如权利要求71所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，在所述第二空心轴部分里还包括一个轴衬套，其中，所述轴衬套含有一个封闭端部和一个第二端部，以及所述轴衬套的所述第二端部贴近于所述第二空心轴部分的所述第二端部。
80.如权利要求78所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，在所述第二空心轴部分里还包括一个轴衬套，其中，所述轴衬套含有一个封闭端部和一个第二端部，所述轴衬套的所述第二端部贴近于所述第二空心轴部分的所述第二端部，以及所述轴衬套的所述封闭端部构成了所述至少一个第一环形压力挡料圈的边界。
81.如权利要求79所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述第二空心轴部分的所述内部包含至少一个第二凹槽，以及所述至少一个第三旋转排放管与接近所述第二空心轴部分的第二端部的所述至少一个第二凹槽流体连通。
82.如权利要求79所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述第二空心轴部分的所述内部包含一个处于所述轴衬套外面的环形区域。
83.如权利要求81所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述第二空心轴部分的所述内部包含一个处于所述轴衬套外面的环形区域。
84.如权利要求63所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括a.一个第二空心轴部分，其中，所述第二空心轴部分的第一端部运行上连接于所述第一空心轴部分的第二端部，以及所述第二空心轴部分的内部与所述第一空心轴部分的内部流体连通；b.至少一个第三旋转排放孔，其中，所述至少一个第三旋转排放孔与所述第二空心轴部分的所述内部流体连通；c.至少一个涡轮叶片，其中，所述至少一个涡轮叶片运行上连接于所述第一空心轴部分和所述第二空心轴部分。
85.如权利要求84所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括a.至少一个第一环形压力挡料圈，其中，所述至少一个第一环形压力挡料圈包括一个第一流体通道，该第一流体通道含有通过所述第一流体通道沿所述第一流体通道长度方向相互流体连通的一个入口和一个出口，其中，所述第一流体通道可以绕所述旋转轴线旋转，所述第一流体通道的所述入口与所述第一空心轴部分的所述内部流体连通，所述第一流体通道的所述出口与选自所述至少一个所述第一旋转排放管、所述第二空心轴部分的所述内部、以及所述至少一个所述第三旋转排放管的部件流体连通，以及所述第一流体通道当所述第一环形压力挡料圈绕所述旋转轴线旋转时所述第一流体通道上任一点的离心加速度比选自所述入口和所述出口的位置上的任何点的离心加速度都大；以及b.至少一个第二环形压力挡料圈，其中，所述至少一个第二环形压力挡料圈包括一个第二流体通道，该第二流体通道含有通过所述第二流体通道沿所述第二流体通道长度方向相互流体连通的一个入口和一个出口，其中，所述第二流体通道用于绕所述旋转轴线旋转，所述第二流体通道的所述入口与所述环形管流体连通，所述第二流体通道的所述出口与所述至少一个所述第二旋转排放管流体连通，以及所述第二流体通道当所述第二环形压力挡料圈绕所述旋转轴线旋转时所述第二流体通道上任一点的离心加速度比选自所述入口和所述出口的位置上的任何点的离心加速度都大。
86.如权利要求85所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述第二空心轴部分的所述内部包含至少一个第一凹槽，所述第二空心轴部分的所述内部包含至少一个第二凹槽，所述至少一个第一旋转排放管与所述至少一个第一凹槽流体连通，以及所述至少一个第三旋转排放管与接近所述第二空心轴部分的第二端部的所述至少一个第二凹槽流体连通。
87.如权利要求86所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，所述至少一个第一凹槽和所述至少一个第二凹槽用于将所述至少一个第一旋转排放管与所述至少一个第三旋转排放管之间的所述第一推进剂组分分流。
88.如权利要求87所述用于火箭发动机的转子系统，其特征在于，还包括a.与所述第一空心轴部分的内部流体连通的一个第一诱导叶轮，其中，所述第一诱导叶轮与所述旋转轴线同心；以及b.在所述环形管的至少一部分里还包括一个第二诱导叶轮，其中，所述第二诱导叶轮与所述旋转轴线同心。
89.一种火箭发动机，包括a.一个第一燃烧室，包含I.一个出口；以及II.含有至少一个第一排放孔的第一燃烧室衬套；以及b.至少部分围绕所述第一燃烧室衬套的一个第一环形通道；c.与所述第一燃烧室的所述出口流体连通的第二燃烧室，其中，所述第二燃烧室包含设有至少一个第二排放孔的第二燃烧室衬套；以及d.至少部分围绕所述第二燃烧室衬套的一个第二环形通道，其中，所述第二环形通道与所述第一环形通道流体连通，从而运行时，所述第一燃烧室生成排放流，所述排放流的第一部分流经所述至少一个第一排放孔，流经所述第一和第二环形通道，流经所述至少一个第二排放孔，以及排入所述第二燃烧室以对所述第二燃烧室衬套进行出流冷却。
90.如权利要求89所述火箭发动机，其特征在于，在所述第一和第二燃烧室之间还包括一个流体节流阀，其中，当运行时，来自所述第一燃烧室的所述排放流的第二部分通过所述流体节流阀流入所述第二燃烧室，从而所述第一燃烧室在所述至少一个第一排放孔处的压力比所述第二燃烧室在所述至少一个第二排放孔处的压力要高。
91.如权利要求90所述火箭发动机，其特征在于，所述流体节流阀包含一个设有一个入口和一个出口的涡轮，所述入口与所述第一燃烧室的所述出口流体连通，以及所述第二燃烧室与所述涡轮的所述出口流体连通，从而所述涡轮由来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第二部分的至少一部分驱动。
92.如权利要求89所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第一推进剂组分的供给源，其中，所述第一推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室及所述第一环形通道流体连通，从而当运行时，所述第一推进剂组分的一部分流入所述第一环形通道，流入所述第二环形通道，途经所述至少一个第二排放孔，以及排入所述第二燃烧室以对所述第二燃烧室衬套进行出流冷却。
93.如权利要求90所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第一推进剂组分的供给源，其中，所述第一推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室及所述第一环形通道流体连通，从而当运行时，所述第一推进剂组分的一部分流入所述第一环形通道，流入所述第二环形通道，途经所述至少一个第二排放孔，以及排入所述第二燃烧室从而对所述第二燃烧室衬套提供出流冷却。
94.如权利要求91所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第一推进剂组分的供给源，其中，所述第一推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室及所述第一环形通道流体连通，从而当运行时，所述第一推进剂组分的一部分流入所述第一环形通道，流入所述第二环形通道，途经所述至少一个第二排放孔，以及排入所述第二燃烧室从而对所述第二燃烧室衬套提供出流冷却。
95.如权利要求92所述火箭发动机，其特征在于，所述第一推进剂组分含有燃料。
96.如权利要求89所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第二推进剂组分的供给源，其中，所述第二推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室流体连通，从而当运行时，所述第二推进剂组分的第一部分流入所述第一燃烧室，以及所述第二推进剂组分的其余第二部分排入所述第二燃烧室，其中，所述第一燃烧室里的燃烧温度比所述第二燃烧室里的燃烧温度要低。
97.如权利要求96所述火箭发动机，其特征在于，所述第二推进剂组分含有氧化剂。
98.如权利要求96所述火箭发动机，其特征在于，所述第一燃烧室里的所述第一和第二推进剂组分比对照化学计量比例更富含燃料。
99.如权利要求96所述火箭发动机，其特征在于，所述第二推进剂组分的所述第二部分流入所述第二燃烧室于所述第二燃烧室的中间位置，从而通过选自来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第二部分的第二部分，以及来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第一部分的排放流，来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第二部分的第一部分的燃烧与所述第二燃烧室衬套分隔开。
100.如权利要求99所述火箭发动机，其特征在于，所述中间位置贴近于流经所述第二燃烧室的流体的中心轴线。
101.如权利要求92所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第二推进剂组分的供给源，其中，所述第二推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室流体连通，从而当运行时，所述第二推进剂组分的第一部分流入所述第一燃烧室，以及所述第二推进剂组分其余的第二部分排入所述第二燃烧室，其中，所述第一燃烧室里的燃烧温度比所述第二燃烧室里的燃烧温度要低。
102.如权利要求93所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第二推进剂组分的供给源，其中，所述第二推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室流体连通，从而当运行时，所述第二推进剂组分的第一部分流入所述第一燃烧室，以及所述第二推进剂组分其余的第二部分排入所述第二燃烧室，其中，所述第一燃烧室里的燃烧温度比所述第二燃烧室里的燃烧温度要低。
103.如权利要求94所述火箭发动机，其特征在于，还包括一个第二推进剂组分的供给源，其中，所述第二推进剂组分的所述供给源与所述第一燃烧室流体连通，从而当运行时，所述第二推进剂组分的第一部分流入所述第一燃烧室，以及所述第二推进剂组分的其余第二部分排入所述第二燃烧室，其中，所述第一燃烧室里的燃烧温度比所述第二燃烧室里的燃烧温度要低。
104.如权利要求101所述火箭发动机，其特征在于，所述第一推进剂组分含有燃料以及所述第二推进剂组分含有氧化剂。
105.一种冷却火箭发动机的方法，包括a.通过不完全燃烧一组推进剂组分在所述第一燃烧室里生成排放流，其中，所述第一燃烧室含有一个设有至少一个第一排放孔的第一燃烧室衬套，所述至少一个第一排放孔与所述第一燃烧室衬套外部第一区域流体连通；b.将来自所述第一燃烧室的所述排放流的第一部分排入第二燃烧室，其中，所述第二燃烧室含有一个第二燃烧室衬套，所述第一燃烧室衬套外部第一区域与所述第二燃烧室衬套的外部第二区域流体连通，所述第二燃烧室衬套在所述第二区域和所述第二燃烧室之间含有至少一个第二排放孔；以及c.排放来自所述第一燃烧室的所述排放流的第二部分流经所述至少一个第一排放孔，流经所述第一区域并流过所述第一燃烧室衬套至少一部分的外部，流经所述第二区域并流过所述第二燃烧室衬套至少一部分的外部，从而对所述第二燃烧室衬套提供出流冷却。
106.如权利要求105所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述一组推进剂组分同心地排入所述第一燃烧室。
107.如权利要求105所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第一部分通过一个流体节流阀流入所述第二燃烧室，从而所述第一燃烧室在所述至少一个第一排放孔处的压力比所述第二燃烧室在所述第二排放孔处的压力要高。
108.如权利要求107所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述流体节流阀含有一个涡轮。
109.如权利要求105所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述第一燃烧室里的燃烧温度比所述第二燃烧室里的燃烧温度要低。
110.如权利要求105所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述一组推进剂组分含有燃料和氧化剂，以及所述第一燃烧室里的所述燃料和所述氧化剂的比例对照化学计量比例更富含燃料。
111.如权利要求110所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述燃料的第一部分排入所述第一燃烧室，以及所述燃料的第二部分排入所述第一燃烧室衬套外部所述第一区域。
112.如权利要求110所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述氧化剂的第一部分排入所述第一燃烧室以及所述氧化剂的第二部分排入所述第二燃烧室。
113.如权利要求112所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述氧化剂的所述第二部分同心地排入所述第二燃烧室。
114.如权利要求112所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述氧化剂的所述第二部分在所述第二燃烧室里的中间位置排放。
115.如权利要求114所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，所述中间位置贴近于流经所述第二燃烧室的流体的中心轴线。
116.如权利要求112所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，还包括通过将所述氧化剂的所述第二部分排入第二燃烧室里的所述操作来改变排入所述第二燃烧室的来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第一部分的至少一种特性，其中，所述至少一种特性选自流动模式和混合模式。
117.如权利要求105所述冷却火箭发动机的方法，其特征在于，还包括通过将所述排放流的所述第二部分通过所述至少一个第二排放孔排入第二燃烧室里的所述操作来改善排入第二燃烧室的来自所述第一燃烧室的所述排放流的所述第一部分的至少一种特性，其中，所述至少一种特性选自流动模式和混合模式。
全文摘要
一种火箭发动机(10),包含用以将相应的燃料(20)和氧化剂(18)推进剂组分喷入第一燃烧室(34)的第一(76)和第二(142)旋转喷嘴,并且从第一燃烧室(34)出来的排放流(38)驱动用以使旋转喷嘴(76,142)旋转的涡轮(40)。第一燃烧室(34)里的混合物优选地富含燃料从而降低相关的燃烧温度,以及在第二燃烧室(36)里该富含燃料的排放流与由第三旋转喷嘴(182)喷入的辅助氧化剂混合,从而形成适于推进的高温排放流(214)。旋转喷嘴(76,142,182)附设有环形压力挡料圈(86,146,174)以将低压推进剂供给源(22’,24’)与对应的燃烧室(34,36)的相对高压分隔开。一部分从第一燃烧室(34)出来的富含燃料的排放流流向围绕燃烧室(34,36)的环形通道(198,204)以向第二燃烧室(36)的表面(218)提供出流冷却。
文档编号F02K9/97GK1343282SQ00804809
公开日2002年4月3日 申请日期2000年3月10日 优先权日1999年3月10日
发明者理查德·D·斯蒂芬斯, 小罗伯特·S·汤普森, 吉多·J·德菲尔, 约翰·F·琼斯, 迪安·S·马斯格雷夫, 格雷格·G·威廉 申请人:威廉国际有限责任公司