单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床的制作方法

文档序号:11226410阅读:687来源:国知局

本发明涉及一种催化剂床,具体地,涉及一种单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床。



背景技术:

催化剂床是用来承载催化剂的,是单组元液体火箭发动机的重要组件,它的作用是将推进剂催化分解为高温的气体工质,实现化学能向热能的转化。影响催化剂床设计的主要因素有:催化剂床空隙率、催化剂床比表面积、催化剂床床载荷、催化剂床流阻以及催化剂自身活性等。目前常规应用的单组元液体火箭发动机,其中催化剂的应用已趋于成熟,在催化剂床结构尺寸较大的催化剂床设计中,由催化剂形状、密度等催化剂属性决定催化剂床空隙率和比表面积变化较小。催化剂床床载荷是催化剂床设计的重要参数,它的选取直接影响发动机工作寿命,启动性能等。在大推力单组元催化床设计中,采用常规轴向流动催化床结构,为保证一定的催化床床载荷,催化床直径过大,对产品结构设计带来较大的挑战,不利于实现小型化及减重。



技术实现要素:

针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床,其解决单组元液体火箭发动机随着推力量级增大带来的催化剂床结构尺寸增大,催化剂床床载荷增大,发动机寿命减少,发动机使用可靠度下降等难题,取得了单组元液体火箭发动机大推力或变推力稳态工作等有益效果。

根据本发明的一个方面,提供一种单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床,其特征在于,所述单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床由径向一体式喷注装置、分隔板、挡板、上盖板、下盖板依次按顺序连接而成并形成内圈与外圈,内圈与外圈都设有n个独立分解室,共2n个分解室,n为大于2的自然数,内圈各独立分解室可添加自发性催化剂,外圈各独立分解室可添加自发性催化剂或非自发性催化剂,内圈与外圈空腔室的数量一般相等,同时保持同径向一体式喷注装置的喷注管数量一致。

优选地,所述自发性催化剂或非自发性催化剂通过径向均匀喷注进入各个独立分解室。

优选地,所述径向一体式喷注装置喷出推进剂后,在压力的作用下形成一定初速度,射流方向为圆柱径向,推进剂与自发性催化剂或非自发性催化剂接触,发生有序的催化分解反应。

优选地,所述推进剂为肼类燃料或催化反应类燃料。

优选地,所述单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床采用径向夹套形式。

优选地,所述单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床采用多孔道结构,采用激光、化学或机械方式进行孔道形成或采用大孔径加网的组合形式。

与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:本发明由于采用了径向立体式结构,在结构尺寸不变条件下,有效降低了单组元液体发动机催化剂床床载荷,提高催化床寿命;同时采用了径向夹套式结构,中心镂空,有效降低发动机重量,并改善发动机工作过程中喷注面温度高等问题。取得了大推力单组元液体火箭发动机稳态工作模式等有益效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为本发明单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示,本发明单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床由径向一体式喷注装置1、分隔板2、挡板3、上盖板4、下盖板5依次按顺序连接而成并形成内圈与外圈,内圈与外圈都设有n个独立分解室,共2n个分解室,n为大于2的自然数,内圈各独立分解室可添加自发性催化剂11,外圈各独立分解室可添加自发性催化剂11或非自发性催化剂12,内圈与外圈空腔室的数量一般相等,同时保持同径向一体式喷注装置的喷注管数量一致。

自发性催化剂或非自发性催化剂通过径向均匀喷注进入各个独立分解室,这样提高稳定性和速度。推进剂在自发性催化剂或非自发性催化剂作用下完成有序的催化分解反应,生成高温燃气,实现化学能向热能转化,后高温燃气经过喷管内流动,实现热能向动能转化,最终由喷口喷出形成推力。径向一体式喷注装置喷出推进剂后,在压力的作用下形成一定初速度,射流方向为圆柱径向,推进剂与自发性催化剂或非自发性催化剂接触,发生有序的催化分解反应。催化分解反应放出大量热,推进剂在良好的热环境作用下,反应加剧。短时间高温燃气在推力室内建立室压,燃气经喷管作用由喷口喷出形成推力。采用内外圈独立结构,可在内圈添加细颗粒催化剂,有助于提高发动机抗振荡能力,外圈可以选择性加入自发或非自发性催化剂,降低发动机成本;采用多独立腔室结构,可以有效降低发动机工作过程中由于催化剂损耗带来的空穴效应,保证发动机安全可靠工作;同时本发明催化剂床结构的散热情况较常规单组元发动机设计更为友好,在相同的结构尺寸下径向夹套结构可有效减小单组元液体火箭发动机的催化剂床床载荷,有助于单组元液体火箭发动机的大推力化设计和大流量范围内稳定工作。

推进剂可以为肼类燃料或催化反应类燃料,这样降低成本,反应充分。

本发明单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床可以采用径向夹套形式,这样结构简单,提高稳定性。

本发明单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床可以采用多孔道结构,可以采用激光、化学或机械方式进行孔道形成,也可以采用大孔径加网的组合形式,防止催化剂损失掉落。

本发明通过催化剂床结构形式的变化,可以在保证结构尺寸不变的条件下,大幅度降低催化床床载荷,从而保证单组元液体火箭发动机工作可靠,寿命增加。大推力单组元液体火箭发动机的设计研发,对发动机结构尺寸提出了苛刻要求,仅能通过相应的催化剂床结构设计优化实现单组元液体火箭发动机的大推力化,而径向夹套催化剂床结构在相同的结构尺寸下可以有效减小单组元液体火箭发动机的床载荷,减小催化剂破损率,改善发动机整体工作热环境,提高发动机性能。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。



技术特征:

技术总结
本发明提供了一种单组元液体火箭发动机径向夹套催化剂床,其由径向一体式喷注装置、分隔板、挡板、上盖板、下盖板依次按顺序连接而成并形成内圈与外圈,内圈与外圈都设有n个独立分解室,共2n个分解室,n为大于2的自然数,内圈各独立分解室可添加自发性催化剂,外圈各独立分解室可添加自发性催化剂或非自发性催化剂,内圈与外圈空腔室的数量一般相等,同时保持同径向一体式喷注装置的喷注管数量一致。本发明解决单组元液体火箭发动机随着推力量级增大带来的催化剂床结构尺寸增大,催化剂床床载荷增大,发动机寿命减少,发动机使用可靠度下降等难题,取得了单组元液体火箭发动机大推力或变推力稳态工作等有益效果。

技术研发人员:关亮;王子模;金盛宇;刘耀锋;杨茗;韩恒超;吉林;刘昌国;杨成虎;林庆国
受保护的技术使用者:上海空间推进研究所
技术研发日:2017.05.17
技术公布日:2017.09.08
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