一种低温火箭发动机氧点火路汽化结构的制作方法

本发明涉及一种低温火箭发动机氧点火路汽化结构，属于液体火箭发动机。

背景技术：

1、火炬式电点火是实现氢氧发动机3次以上多次点火的主要方式，主要分为带独立气瓶的高压火炬点火和使用贮箱推进剂的低压火炬点火。膨胀循环氢氧发动机采用箱压起动不需要独立外能源，使用低压火炬点火时系统方案较为简单，同时还具有研制风险低、点火可操控性高的优点。

2、膨胀循环火箭发动机系统中，点火器气氢由夹套后、氢涡轮前引出，并经过音速喷嘴控制流量后进入点火器氢头腔；气氧由氧泵后引出液氧，由氧点火孔板控制流量，经点火管路汽化进入点火器氧头腔。但氧点火管路换热面积有限、汽化效果较差，会导致液氧未完全汽化进入点火器。该现象会导致点火器入口参数偏离设计初始气氢气氧条件，存在着风险包括：1、点火器点火可靠性降低；2、点火室燃烧不完全；3、推力室点火能量不足。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提升了液氧汽化效果。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种低温火箭发动机氧点火路汽化结构，包括汽化器壳体、压紧螺母、换热介质、分散片及调节套筒；

4、汽化器壳体入口侧为法兰，与上游氧导管的法兰对接，汽化器壳体出口侧为喇叭口，与下游氧导管的球形接头对接；

5、汽化器壳体内放入换热介质，每个换热介质均为圆柱形疏松多孔结构；

6、在汽化器壳体入口侧放置分散片，用于分散液氧液滴，保证换热介质换热均匀；在汽化器壳体入口侧用调节套筒和压紧螺母进行压紧固定。

7、一种基于所述低温火箭发动机氧点火路汽化结构的点火系统吹除方法，包括：

8、从发动机推力室夹套后引气氢，经过氢点火阀后进入点火器，氢点火阀后有氦气吹除路，通过氢吹除孔板控制吹除流量；从氧泵后引液氧，经点火阀后进入液氧汽化器换热，换热为气氧后进入点火器，氧点火阀后有氦气吹除路，通过氧吹除孔板控制流量。

9、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

10、(1)本发明实现以气氢、气氧为介质的火炬式电点火，解决点火能量不足的风险，提高火炬点火可靠性。

11、(2)本发明起动前对氢、氧路进行氦气吹除，一是为氢、氧提供稳定的氦气环境，二是常温的氦气可以保证液氧汽化器具有足够的热容。

12、(3)本发明在氧点火管路增设换热器后，能够将氧点火管路液氧汽化，满足点火器设计入口条件。

13、(4)本发明采用疏松多孔的高温合金作为换热介质，与直管换热相比，将换热面积提高越30倍；同时采用分散片使液氧充分与换热结构接触，保证液氧的换热效果。

14、(5)采用3d打印加工疏松多孔结构作为换热介质，选择杆状点阵结构作为基本单元，保证结构可靠性与一致性。

15、(6)本发明采用壳体加压紧螺母的组合进行固定，采用喇叭口、法兰盘的对接方式将换热器连接到管路上，便于组合、安装、拆卸，同时保证汽化器的结构稳固、密封性好。

技术特征：

1.一种低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，包括汽化器壳体(1)、压紧螺母(2)、换热介质(3)、分散片(4)及调节套筒(5)；

2.根据权利要求1所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，汽化器壳体(1)根据需求和自身结构尺寸选择装入一个或多个换热介质(3)。

3.根据权利要求1所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，换热介质(3)的换热面积通过下式计算：

4.根据权利要求3所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，液氧与换热介质(3)的换热过程通过下式计算：

5.根据权利要求3所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，氦气与换热介质的换热过程由下式计算：

6.根据权利要求1所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，换热介质(3)以杆状点阵结构为单元，孔隙率55％，采用高温合金材料3d打印加工。

7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构的点火系统吹除方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，点火器点火时，采用预定压强的氦气进行吹除，流量由孔板控制，吹除预定时间。

9.根据权利要求8所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，氦气停止吹除后打开氧点火阀进入液氧，稳定后打开氢点火阀进入气氢开始点火，总燃烧时间不超过预定时间。

10.根据权利要求7所述的低温火箭发动机氧点火路汽化结构，其特征在于，发动机预冷过程中氧点火阀关闭，液氧截止在氧点火阀前；发动机多次点火或预冷氧点火阀泄露时，会使换热介质(3)温度下降，在氧点火阀后设置一路氦气吹除，在发动机氧点火阀打开前进行常温氦气吹除，确保换热介质(3)温度处在预定水平。

技术总结
一种低温火箭发动机氧点火路汽化结构，包括汽化器壳体、压紧螺母、换热介质、分散片及调节套筒；汽化器壳体入口侧为法兰，与上游氧导管的法兰对接，汽化器壳体出口侧为喇叭口，与下游氧导管的球形接头对接；汽化器壳体内放入换热介质，每个换热介质均为圆柱形疏松多孔结构；在汽化器壳体入口侧放置分散片，用于分散液氧液滴，保证换热介质换热均匀；在汽化器壳体入口侧用调节套筒和压紧螺母进行压紧固定。本发明实现以气氢、气氧为介质的火炬式电点火，解决点火能量不足的风险，提高火炬点火可靠性。

技术研发人员：刘刚毅,张帆,李耀阳,何雪晴,陆嘉伟,李佳琦,陈洋,李雨轩,申帅帅,崔荣军,吴瑾清,陈旭扬,褚宝鑫
受保护的技术使用者：北京航天动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17