[發明專利]使用等離子體發生器實現點火的硼基固體燃料推進器

無效

• 申請號: 201210344177.4
• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN102877985A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 周俊虎;劉建忠;汪洋;張彥威;楊衛娟;王智化;程軍;黃鎮宇;周志軍;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F02K9/95
• 分類號: F02K9/95;F02K9/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明涉及推進器技術，特別涉及固體火箭推進器。

背景技術

目前固體火箭沖壓發動機（固體燃料推進器）中的固體燃料主要是利用點火藥進行引燃。點火藥主要由氧化劑、可燃劑及黏結劑組成，物理化學性能穩定，對熱沖擊敏感，具有足夠的點火能力。將點火藥裝填于點火器中，使用電火花將其點燃，釋放出大量熱量加熱固體推進劑，從而使之著火和燃燒。采用這種方法需要在燃氣發生器中專門開辟部分空間用于放置點火藥，從而減小了推進劑的填裝量。并且使用點火藥引燃的方法使推進劑具有較大的點火延遲，降低了反應的靈敏性。

由于硼具有高質量熱值、高體積熱值、兩相流損失小、燃燒分散性好、噴管喉部沉積少、噴射效率高等優異性能，使硼基固體燃料推進劑有可能成為固體燃料推進器的首選燃料。但硼的熔點和沸點較高，難以熔化和汽化，實際應用中存在點火困難，點火溫度高，點火延遲時間長等問題。

因此如何實現硼基固體燃料的順利點火和燃燒顯得尤為重要?，F有的硼基固體燃料點火方法難以實現以上要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種硼基固體燃料推進器等離子體點火裝置。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：拋棄傳統的點火藥引燃點火方式，在固體燃料推進器中引入等離子體發生器，利用等離子體發生器產生的高溫等離子體直接點燃硼基固體燃料。

本發明提供了一種使用等離子體發生器實現點火的硼基固體燃料推進器，包括進氣道、燃氣發生器、補燃室和尾噴管，燃氣發生器內裝填固體燃料；所述固體燃料是硼基固體燃料，在燃氣發生器的末端設置等離子體發生器，其等離子體噴射口對準固體燃料；該推進器還包括用于調節等離子體發生器功率的電氣控制調節系統和用于實現冷卻的冷卻水系統；其中，電氣控制調節系統包括可編程邏輯控制器、電位器、繼電器和接觸器，電位器與繼電器并聯后經可編程邏輯控制器與電源串聯，同時電位器和繼電器的兩端分別引出導線接于等離子體發生器的開關；點火時，控制器通過繼電器打開等離子體發生器，在點火過程中，控制器通過電位器動態調節等離子體發生器的功率；冷卻水系統包括冷卻水箱和水泵，水泵出口經管路接至設于燃氣發生器和等離子體發生器上的進水口，燃氣發生器和等離子體發生器上的出水口進管路接于冷卻水箱。

本發明中，所述等離子體發生器包括陽極和陰極；其中，陰極為陰極棒，其底端設壓縮空氣進口；陽極為陽極環，位于陰極棒的遠端，一個線圈位于兩者之間。

本發明中，所述等離子體發生器的供電電路包括：依次連接的逆變器、高壓變壓器、高壓整流模塊和高壓濾波模塊，其中逆變器接于推進器的內置電源，高壓濾波模塊分別接于等離子體發生器的陽極和陰極；所述高壓變壓器的高壓是指其輸出電壓為380V，高壓整流模塊和高壓濾波模塊的高壓是指工作電壓為380V。逆變器用于將大型蓄電池的低壓直流變為低壓交流，高壓變壓器用于將低壓交流變為高壓交流，高壓整流模塊和高壓濾波模塊用于將高壓交流變為高壓直流。

本發明中，所述推進器的內置電源是蓄電池。

在去除了點火藥的裝配和引燃系統之后，在總體積不變的情況下增加了推進劑的填充量，并且減小了點火延遲。

本發明專利中等離子體發生器點火裝置可提供高溫高壓的等離體，克服傳統點火裝置的諸多問題，優勢明顯：

1.等離子發生過程穩定，可以在一定時間內提供高密度熱量，相比于傳統點火藥應用于硼基固體燃料推進劑的點火可以不受運行時間的限制；

2.最高點火溫度可達5000K以上，相比于傳統點火藥溫度大大提高，完全可實現硼基固體燃料的點燃；

3.通過功率調節系統可以精確調節等離子體的點火功率，從而適應不同裝藥量的硼基固體燃料推進器；

4.本點火方式與燃料自身的理化性能無關，不受硼基固體燃料的配方的限制，可以應用于各種不同的推進劑類型；

5.等離子體發生器由電氣系統控制，開關實現簡單方便可靠，提高了推進器點火裝置安裝與拆卸的安全性；

6.本裝置屬于高速點火方式，響應靈敏，反應迅速，可用于瞬間完成硼基固體燃料推進劑的點燃。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明。

圖1是用等離子發生器實現含硼固體燃料點火的裝置結構圖。

圖2是等離子發生器電路圖。

圖3是等離子發生器結構圖。

圖4是用等離子體發生器實現硼基固體燃料推進器點火初期的運行示意圖。