一种火箭发动机等离子体点火器的制作方法

本发明涉及火箭发动机，尤其涉一种火箭发动机等离子体点火器。

背景技术：

1、液体火箭发动机及燃烧型加热器等地面试验系统通常采用液体氧化剂和燃料，具有较高的燃烧室压力。新型液体火箭发动机多采用液氧、液氢、液态烷烃等低温推进剂，点火环境恶劣，点火能量和安全性要求较高。此外，多次启动和可复用的液体火箭发动机也对点火技术提出了快速可靠可复用的要求。安全可靠的高能点火技术对液体火箭发动机及其地面试验系统至关重要。

2、火箭发动机目前现有的点火方式主要包括：火工品药柱式点火、火花塞式点火等。但目前的点火方式普遍存在明显缺陷。

3、具体地，火工品药柱式点火主要存在的问题包括：

4、1)燃料加注前后进行人工手动装填，因此对人员的要求非常高，加注燃料的环境一般为超低温，非常恶劣，操作人员手动装填的环境危险系数高。

5、2)火工品药柱是一次性的，即在地面进行火箭发动机点火试验时，每进行一次点火，即需对火工品药柱进行一次更换，火工品药柱每个成本数千元，并且购买难度系数大，火箭发动机地面测试一般会经过上十次试验，因此综合成本非常高。

6、3)火工品药柱的安装结构非常复杂，装填的精确度要求也非常高。

7、火花塞式点火主要存在的问题：

8、1)随着真空度的降低，火花塞产生的焦耳能量会随之降低。因此，在火箭二级或三级到达一定高度后，若使用火花塞式点火，很可能出现因产生的焦耳能量不足导致火箭点火失败，最终导致发射任务失败。

9、2)普通的火花塞式点火由于数百安电流放电，导致电源模块发热严重，一般是在5s左右温度能上升60℃，对元器件的损耗加剧，不利于产品的可靠性保证。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，如何设计一种可有效避免上述问题的点火装置；有鉴于此，本发明提供一种火箭发动机等离子体点火器。

2、本发明采用的技术方案是，一种火箭发动机等离子体点火器，所述点火器设置于充满气液燃料混合物的密闭环境中。包括依次连接的点火器头、背压转接器、供电接头；

3、其中，所述供电接头与外部电源连接，响应于所述外部电源的电流脉冲输入，将所述电流脉冲通过所述背压转接器传递至所述点火器头；

4、所述点火器头包括呈环状依次设置的阴极层、介质层、阳极层；所述阴极层以及所述阳极层接收所述电流脉冲后产生电势差，并在所述介质层的作用下发生放电，放电产生的焦耳能量用于引燃所述气液燃料混合物。

5、在一个实施方式中，所述阳极层以及所述阴极层的材质包括金属，所述介质层的材质包括陶瓷。

6、在一个实施方式中，所述介质层的表面镀有一层金属层。

7、在一个实施方式中，所述点火器头还包括：

8、点火器头绝缘层，所述点火器头绝缘层包裹在所述阴极层的外部，材质包括陶瓷；

9、点火器保护外壳，用于保护所述点火器头的其他部件，在尾端的外侧设置有螺纹结构，所述螺纹结构用于与外部结构相连以实现密封。

10、在一个实施方式中，所述背压转接器，包括：呈环状依次焊接成一体的阴极接触极、内绝缘层、阳极接触极。

11、在一个实施方式中，所述阴极接触极的材质包括可伐合金或无氧铜，并为所述阴极层供电；

12、所述内绝缘层的材质包括陶瓷，用于将所述阴极接触极以及所述阳极接触极隔离；

13、所述阳极接触极的材质包括可伐合金或无氧铜，并为所述阳极层供电。

14、在一个实施方式中，所述背压转接器还包括：

15、背压转接器外壳，材质包括金属所制，用于将所述点火器头与所述供电接头相连，并保护背压转接器内部结构；

16、外绝缘层，材质包括陶瓷，焊接于所述阴极接触极外部，用于将所述背压转接器外壳与所述阴极接触极分隔；

17、隔离垫，材质包括陶瓷，沿径向设置与所述背压转接器与所述点火器头之间，用于填补间隙，避免阴阳极在内部发生放电。

18、在一个实施方式中，所述供电接头包括：呈环状依次设置的阴极供电极、供电绝缘层、阳极供电极。

19、在一个实施方式中，所述阴极供电极的材质包括金属，与所述阴极接触极导通；

20、所述供电绝缘层的材质为绝缘体，用于隔离所述阴极供电极以及所述阳极供电极；

21、所述阳极供电极的材质包括金属，与所述阳极接触极导通。

22、采用上述技术方案，本发明所提供实施例安装简单，发射前无需人工装填；焦耳能量不会随外界环境发生变化而改变；能在高压高温燃烧中使用；隔离高压不会与其他部件发生击穿。

技术特征：

1.一种火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述点火器设置于充满气液燃料混合物的密闭环境中。包括依次连接的点火器头、背压转接器、供电接头；

2.根据权利要求1所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述阳极层以及所述阴极层的材质包括金属，所述介质层的材质包括陶瓷。

3.根据权利要求2所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述介质层的表面镀有一层金属层。

4.根据权利要求3所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述点火器头还包括：

5.根据权利要求1所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述背压转接器，包括：呈环状依次焊接成一体的阴极接触极、内绝缘层、阳极接触极。

6.根据权利要求5所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述背压转接器还包括：

8.根据权利要求6所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，所述供电接头包括：呈环状依次设置的阴极供电极、供电绝缘层、阳极供电极。

9.根据权利要求8所述的火箭发动机等离子体点火器，其特征在于，

技术总结
本发明提出了一种火箭发动机等离子体点火器，包括：依次连接的点火器头、背压转接器、供电接头；其中，供电接头与外部电源连接，响应于外部电源的电流脉冲输入，将电流脉冲通过背压转接器传递至点火器头；点火器头包括呈环状依次设置的阴极层、介质层、阳极层；阴极层以及阳极层接收电流脉冲后产生电势差，并在介质层的作用下发生放电，放电产生的焦耳能量用于引燃气液燃料混合物。本发明安装简单，发射前无需人工装填，并且通过对点火器头的介质层添加一层金属层，可使得产生的焦耳能量不会随大气密度改变。

技术研发人员：王红霞,苏业环,谢侃
受保护的技术使用者：遨天科技（北京）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15