固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床的制作方法

本发明涉及一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，属于固液固液火箭发动机领域。

背景技术：

高浓度过氧化氢密度高、无毒、环境友好、易存贮，常用作固液火箭发动机的氧化剂。采用过氧化氢催化分解的方式，易于实现固液火箭发动机的推力调节、多次启动。

过氧化氢的催化剂，常用的有颗粒催化剂和镀镍银网。颗粒催化剂具有生产容易、成本低等优点，适用于固液火箭发动机地面试验。因此，需要针对颗粒催化剂设计固液火箭发动机专用的催化床结构。

已有的固液火箭发动机过氧化氢催化床结构，如CN 103557094B《一种用于地面试验固液混合火箭发动机的高浓度过氧化氢催化床结构》所述，没有考虑到固液火箭发动机长时间工作的问题，且外形尺寸大、质量大，不利于固液火箭飞行试验的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，用于高浓度过氧化氢固液火箭发动机的氧化剂催化，尤其适用于长时间工作的固液火箭发动机，可以实现固液火箭发动机的推力调节和多次启动。

一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，包括头盖、壳体、液体喷注面板、催化剂挡网、颗粒催化剂和气体喷注面板；

头盖中部连接管路，四周与壳体连接，左侧形成积液腔，壳体左右两侧分别与头盖和燃烧室连接，壳体左侧设有液体喷注面板，壳体右侧设有气体喷注面板连接，液体喷注面板与气体喷注面板之间形成腔体，腔体两侧设有催化剂挡网，中部设有颗粒催化剂。

高浓度过氧化氢由头盖入口接管嘴进入积液腔均流，经液体喷注面板喷注雾化后，与容腔内的催化剂接触，催化分解生成高温气体，经过气体喷注面板喷出，在燃烧室内与固体药柱燃烧。

所述头盖，与液体喷注面板形成积液腔，液体从头盖入口流入，经积液腔均流后进入喷注面板。头盖上一体化设计入口接管嘴，用于与入口管路的连接与密封，减少一道焊缝，提高了头盖的可靠性。头盖上设计有密封槽，用于头盖与壳体之间的密封。头盖右侧与液体喷注面板相接触，用于压紧液体喷注面板。头盖上设计有一圈光孔，用于与壳体间螺纹连接。

所述壳体，用于存放颗粒催化剂、安装头盖、O形密封圈、液体喷注面板、催化剂挡网、气体喷注面板。壳体选用与过氧化氢相容的不锈钢材料。液体喷注面板由头盖压紧，头盖与壳体之间由螺栓螺母连接，气体喷注面板与壳体直接通过螺纹连接。液体喷注面板、气体喷注面板、壳体之间形成容腔，在液体喷注面板和气体喷注面板上分别贴有催化剂挡网，容腔内存放催化剂，是过氧化氢催化分解的地方。壳体外径与燃烧室外径相等，壳体与燃烧室通过一圈光孔由螺栓连接紧固。壳体外径与燃烧室外径保持一致，减小了发动机整体的外形尺寸。

所述O形密封圈，用于头盖与壳体之间的密封，常选用氟橡胶材料制作而成。

所述液体喷注面板，用于过氧化氢的喷注雾化。液体喷注面板常选用与过氧化氢相容的不锈钢材料。液体喷注面板上均布有多圈喷注小孔，小孔直径通常为1-2mm，小孔数目根据流量与压降要求计算而得，在液体喷注面板上均匀排布。液体喷注面板与壳体间隙配合。增加液体喷注面板的厚度，有利于抵抗温度载荷下的变形和减少催化床侧向积液腔侧的传热，提高了催化床的工作时间。

所述催化剂挡网，用于隔离催化剂与液体喷注面板、气体喷注面板的直接接触，避免小的催化剂颗粒从喷注孔逸出。位于液体喷注面板和气体喷注面板的凹台内。催化剂挡网选用单层微米级不锈钢滤网制作而成。

所述颗粒催化剂，用于高浓度过氧化氢的催化分解。颗粒催化剂在液体喷注面板、气体喷注面板、壳体形成的容腔内对进入的过氧化氢进行催化。

所述气体喷注面板，用于过氧化氢催化分解生成高温气体的喷注，使高温气体高速进入燃烧室，与固体燃料发生燃烧反应。气体喷注面板上均布多圈通孔，通孔直径3-5mm，通孔数目在不影响强度的情况下尽可能多。气体喷注面板外圆为螺纹设计，直接与壳体螺纹连接。气体喷注面板的厚度为10-15mm，满足螺纹连接的强度要去，避免在温度载荷和高温气流冲击下出现变形，减少了前燃室向催化床的传热。

所述螺栓、平垫、弹垫、螺母等用于头盖与壳体的连接紧固。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，适用于长时间工作的高浓度过氧化氢固液火箭发动机；

(2)本发明提出一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，催化床外径与燃烧室外径相等，结构紧凑，适用于飞行试验；

(3)本发明提出一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，液体喷注面板、气体喷注面板采用加厚设计，适用于过氧化氢催化床的长时间工作；

(4)本发明提出一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，头盖一体化设计入口接管嘴，减少了一道焊缝，提高了头盖的可靠性。

附图说明

图1为本发明一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床装配图；

图2为壳体示意图；

图3为气体喷注面板示意图。

图中：

1-头盖 2-壳体 3-O形圈

4-液体喷注面板 5-催化剂挡网 6-催化剂

7-气体喷注面板 8-螺栓 9-平垫

10-弹垫 11-螺母

201-液体喷注面板安放处 202-头盖连接光孔 203-容腔壁

204-气体喷注面板连接螺纹 205-燃烧室连接光孔 206-燃烧室密封凸槽

701-外壁螺纹 702-凹台 703-喷注孔

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，用于高浓度过氧化氢固液火箭发动机的氧化剂催化，尤其适用于长时间工作的固液火箭发动机，可以实现固液火箭发动机的推力调节和多次启动。如图1所示，包括：头盖1、壳体2、O形密封圈3、液体喷注面板4、催化剂挡网5、颗粒催化剂6、气体喷注面板7、螺栓8、平垫9、弹垫10、螺母11。

头盖1通过标准接管嘴直接与管路连接，设置周向均布螺栓连接用光孔，与壳体连接，左侧形成积液腔；壳体2左右两侧均设置周向均布螺栓连接用光孔，用于与头盖和燃烧室连接，左边设置有内螺纹，与气体喷注面板7连接，中间形成腔体；液体喷注面板4均布多圈小直径圆形通孔；催化剂挡网5为编织不锈钢网结构；颗粒催化剂6为颗粒状催化剂；气体喷注面板7均布多圈小直径圆形通孔，外壁面为螺纹结构；

头盖1与壳体2通过螺栓8、平垫9、弹垫10、和螺母11紧固，螺栓8等周向排布一圈头盖1与壳体2通过O形密封圈3实现密封；壳体2和气体喷注面板7直接螺纹连接，气体喷注面板7外壁面为螺纹结构；壳体2内形成腔体，从右到左依次安放有催化剂挡网5、颗粒催化剂、催化剂挡网5、液体喷注面板，由头盖1压紧。

本发明提出一种固液火箭发动机长时间工作的高浓度过氧化氢催化床，高浓度过氧化氢由头盖1入口接管嘴进入积液腔均流，积液腔由头盖1和液体喷注面板4围绕而成，经液体喷注面板4喷注雾化后，与容腔内的颗粒催化剂6接触，容腔由液体喷注面板、气体喷注面板、壳体围绕而成，催化分解生成高温气体，经过气体喷注面板7喷出，在燃烧室内与固体药柱燃烧。

所述头盖1，与液体喷注面板4形成积液腔，液体从头盖入口流入，经积液腔均流后进入喷注面板4。头盖上一体化设计入口接管嘴，用于与入口管路的连接与密封，减少一道焊缝，提高了头盖的可靠性。头盖上设计有密封槽，密封槽内放置O形密封圈3，用于头盖1与壳体2之间的密封。头盖右侧与液体喷注面板4相接触，用于压紧液体喷注面板4。头盖外径与壳体外径相等，通过周向一圈光孔，与壳体螺纹连接紧固。头盖右侧伸入壳体液体喷注面板安放处201部分，与液体喷注面板外径相等，与液体喷注面板安放处201间隙配合，直径小于液体喷注面板安放处201直径0.1-0.2mm。

如图2所示，所述壳体2，用于存放颗粒催化剂6、安装头盖1、O形密封圈3、液体喷注面板4、催化剂挡网5、气体喷注面板7。壳体选用与过氧化氢相容的不锈钢材料。壳体左侧内部液体喷注面板安放处201，放置液体喷注面板4，由头盖1压紧。头盖连接光孔202，在壳体上环向分布一圈6-12个，与头盖上尺寸、分布一致，由螺栓8、平垫9、弹垫10、螺母11连接紧固。气体喷注面板连接螺纹204，用于与气体喷注面板直接螺纹连接。液体喷注面板4、气体喷注面板7，与壳体，具体来说，是与壳体容腔壁203之间形成容腔，容腔内存放催化剂，是过氧化氢催化分解的地方。燃烧室连接光孔205，在壳体上环向分布一圈6-12个，与燃烧室法兰上尺寸、分布一致，用于催化床壳体与燃烧室的连接。燃烧室密封凸槽206，与燃烧室法兰下凹槽对应，在其中放置O型圈进行密封。壳体外径与燃烧室外径一致，减小了发动机整体的外形尺寸。

所述O形密封圈3，用于头盖1与壳体2之间的密封，安装于头盖1密封槽内。常选用氟橡胶材料制作而成。

如图3所示，所述液体喷注面板4，用于过氧化氢的喷注雾化。液体喷注面板常选用与过氧化氢相容的不锈钢材料。液体喷注面板上均布有多圈喷注小孔，小孔直径为1-2mm，小孔数目根据流量与压降要求计算而得，小孔在液体喷注面板上分多圈均匀排布。液体喷注面板与壳体间隙配合。液体喷注面板外径小于液体喷注面板安放处201直径0.1-0.2mm。液体喷注面板加厚设计，厚度选为外径的1/10左右，有利于抵抗温度载荷下的变形和减少催化床侧向积液腔侧的传热，提高了催化床的工作时间。

所述催化剂挡网5，用于隔离催化剂6与液体喷注面板4、气体喷注面板7的直接接触，避免小的催化剂颗粒从喷注孔逸出。在液体喷注面板4和气体喷注面板7的凹台内，分别放置1片催化剂挡网。催化剂挡网直径略大于壳体容腔壁203的外径，选用不锈钢单层过滤网，网孔尺寸介于0.1-0.5mm之间。

所述颗粒催化剂6，用于高浓度过氧化氢的催化分解。颗粒催化剂在液体喷注面板4、气体喷注面板7、壳体壳体容腔壁203形成的容腔内对进入的过氧化氢进行催化。要求颗粒催化剂填满容腔，催化剂装好后不存在明显的凹坑。

所述气体喷注面板7，用于过氧化氢催化分解生成高温气体的喷注，使高温气体高速进入燃烧室，与固体燃料发生燃烧反应。气体喷注面板外壁螺纹701，与壳体气体喷注面板连接螺纹204直接连接，外壁螺纹选用细牙螺纹，喷注面板厚度取5-8倍螺纹牙距，能够满足螺纹连接强度的要求，避免在温度载荷和高温气流冲刷时出现变形，减少前燃室向催化床的导热。气体喷注面板厚度与壳体连接螺纹204段长度保持一致。气体喷注面板一侧有凹台702，用于安放催化剂挡网。气体喷注面板上均布多圈喷注孔703，喷注通孔直径3-5mm，在不影响强度的情况下，尽可能多的分多圈在气体喷注面板上均匀排布。

所述螺栓8、平垫9、弹垫10、螺母11等用于头盖1与壳体2的连接紧固，压紧液体喷注面板4。根据头腔上连接孔数目环形均布。