[發(fā)明專利]適用于頭部噴注過氧化氫的固液火箭發(fā)動機環(huán)形點火器

無效

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• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN102996284A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 田輝;俞南嘉;吳俊峰;曾鵬;蔡國飆
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F02K9/95
• 分類號: F02K9/95
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發(fā)明涉及火箭發(fā)動機的點火啟動技術領域，具體來說，是一種固液火箭發(fā)動機的點火器，尤其適用于從發(fā)動機頭部噴注的高濃度過氧化氫，如90%濃度過氧化氫作為液體氧化劑的固液火箭發(fā)動機的單次點火。

背景技術

固液火箭發(fā)動機作為一種化學火箭發(fā)動機，相較于發(fā)展比較成熟的液體火箭發(fā)動機和固體火箭發(fā)動機，有安全性好但點火啟動相對困難的特點。液體火箭發(fā)動機通常有多次啟動的要求，除自燃點火外，常見的方式有采用多個煙火點火器或者設有額外的可多次啟動的點火系統(tǒng)；前者通常是柱狀結構，安裝于發(fā)動機的燃燒室外，通過導焰管把點火器產生的火焰引入燃燒室；而后者結構復雜。固體火箭發(fā)動機一般不能實現(xiàn)多次點火啟動，常用的都是采用點火藥包或者點火發(fā)動機的方式進行點火，通常安裝于發(fā)動機燃燒室內，多數(shù)采用柱狀或圓環(huán)等可燒毀結構，點火器產生的燃氣對準固體推進劑藥柱表面噴射。由于固液火箭發(fā)動機有與固體發(fā)動機相似的固體燃料藥柱，有與液體火箭發(fā)動機相似的液體氧化劑噴注，在發(fā)動機的點火啟動過程中，既要使液體氧化劑噴注后氣化，又要使固體燃料藥柱加熱分解氣化，對點火能量的輸入有空間及時間上的要求，因此其點火器設計及使用需滿足位置與時機的條件。

對于非自燃推進劑組合，固液火箭發(fā)動機的點火啟動技術，借鑒了固體或液體火箭發(fā)動機的思路，多數(shù)采用單獨的點火器，因為氧化劑通常在發(fā)動機前部進入發(fā)動機，所以點火器的能量輸入位置通常在發(fā)動機的前部，即前燃燒室的空間內。而又因發(fā)動機采用不同的氧化劑/固體燃料組合，點火器在形式和作用對象上有所不同。對于氣體氧化劑，如氣氧，或者極易氣化的液體氧化劑如氧化亞氮，可采用瞬時（≤50ms）能量釋放裝置，如球形或圓柱形的火藥包進行點火啟動，這種方式在小型試驗發(fā)動機中被廣泛采用。另外，可利用單獨的點火燃料供應系統(tǒng)，如酒精、甲烷、氫氣等與單獨的或者發(fā)動機本身的氧化劑點火產生火炬，對固液火箭發(fā)動機進行點火，這種點火方式類似于液體火箭發(fā)動機的火炬式點火系統(tǒng)，對發(fā)動機的適應性更廣，無論是氣體氧化劑還是液體氧化劑都可以適用，因此更廣泛地運用到各類試驗發(fā)動機中。但由于其結構復雜，通常不在產品級的發(fā)動機中所采用。

對使用過氧化氫為氧化劑的固液火箭發(fā)動機，其點火啟動的過程中，燃燒室環(huán)境為常溫常壓（低空）或者低溫低壓（高空）狀態(tài)，而過氧化氫飽和蒸汽壓低，常溫或低溫下不易氣化。但是，過氧化氫分解會產生大量熱量，例如90%過氧化氫完全分解，產物溫度為1028K，分解產物為氧氣和水，但這一能量不足以使發(fā)動機迅速點火啟動。通常情況下，過氧化氫都會進行催化使其分解，使其氣態(tài)分解產物進入燃燒室與固體燃料燃燒。其通常的點火方式為額外噴注或設置點火燃料與催化分解產物燃燒，產生更高的能量，使發(fā)動機點火啟動。這種方式不僅單次可用，還可以實現(xiàn)多次點火。但其點火啟動延遲較大，通常在1s以上，并且其結構由于催化床和點火燃料供應系統(tǒng)的存在而變得復雜，可靠性和安全性降低，并且發(fā)動機關機時容易出現(xiàn)滯留氧化劑爆炸的危險，特別是對于僅單次啟動的發(fā)動機，系統(tǒng)過于累贅。這些因素，限制了催化點火方式在過氧化氫固液火箭發(fā)動機上的應用。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種點火啟動迅速可靠，結構簡單緊湊，結構安全性好，適用于頭部噴注過氧化氫的固液火箭發(fā)動機單次點火器，并提出其在固液火箭發(fā)動機中的使用方法，實現(xiàn)發(fā)動機的迅速可靠的點火啟動。

本發(fā)明適用于頭部噴注過氧化氫的固液火箭發(fā)動機環(huán)形點火器，包括殼體、點火燃料與點火線。其中，殼體為具有內、外環(huán)形側壁的環(huán)形容腔結構；殼體內部填充有由發(fā)火材料與燃料構成的點火燃料；殼體內環(huán)側壁周向上開有傳火孔；內環(huán)側壁內表面還鋪設有密封帶，通過密封帶將傳火孔密封；所述點火線一端為通電產生火花的點火頭，埋設于位于殼體內部的發(fā)火材料中；另一端為電導線，由傳火孔處引出。

上述殼體頂面固定于發(fā)動機中的噴注器面板下表面上；點火線的導電端依次穿過發(fā)動機的前燃燒室、藥柱通道后，從發(fā)動機噴管中引出。