[發(fā)明專利]一種火箭發(fā)動機推力室低溫氫氣安全處理裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310048128.0
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103133183A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳春富;張奎好;楊思鋒;孫德;劉瑞敏;崔海;郭素芳;白文浩;方維;朱繼鑫;王樹光
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所
• 主分類號: F02K9/44
• 分類號: F02K9/44;F02K9/60
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發(fā)明涉及一種氫氣安全處理裝置，尤其涉及一種火箭發(fā)動機推力室低溫氫氣安全處理裝置，主要用于大推力氫氧火箭發(fā)動機地面試驗，可安全處理推力室點火前排放的大量低溫氫，屬于液體火箭發(fā)動機試驗技術。

背景技術

我國新一代運載火箭芯一級發(fā)動機采用液氫液氧作為推進劑，單機推力50噸。為確保發(fā)動機點火起動平穩(wěn)順利，國內外大推力氫氧發(fā)動機均采用先冷卻推力室、后點火起動的方式。發(fā)動機點火前需要排出100L左右的液氫，氣化后的氫氣體積可達到80m³，積聚在發(fā)動機周圍的大量氫氣在發(fā)動機點火瞬間極易產生爆燃或爆轟，從而對發(fā)動機和試驗臺構成威脅。因此，推力室低溫氫氣的處理是新一代運載火箭發(fā)動機研制和試驗中的新課題，國內沒有成熟的經驗可以借鑒。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種火箭發(fā)動機推力室低溫氫氣安全處理裝置，本發(fā)明采用長明火炬布置在推力室出口，利用高壓氮氣吹除形成的負壓將點燃的氫氣火焰引流，提高了發(fā)動機試驗的安全性。

本發(fā)明的技術方案是：一種火箭發(fā)動機推力室低溫氫氣安全處理裝置，由氫氣瓶、手動開關、減壓閥、電磁閥、氫氣管路、氮氣引流環(huán)、電子點火器、電纜、導電桿、半導體電嘴和氫氣噴嘴組成，其中氫氣瓶、手動開關、減壓閥、電磁閥、氫氣管路和氫氣噴嘴組成長明火炬；電子點火器、電纜、導電桿、半導體電嘴組成電子點火系統(tǒng)；氮氣引流環(huán)作為低溫氫氣火焰引流系統(tǒng)設置在發(fā)動機推力室噴管的外周；氫氣瓶為長明火炬提供燃氣，其出口依次通過手動開關、減壓閥和電磁閥與氫氣管路相連接，氫氣管路設置在發(fā)動機推力室噴管的出口處，氫氣管路包括兩個出口，每個出口均安裝有氫氣噴嘴，與每個氫氣噴嘴相對應的位置設置有半導體電嘴，半導體電嘴通過導電桿和電纜與電子點火器相連通，電子點火器工作時輸出高壓脈沖使半導體電嘴產生電火花。

氮氣引流環(huán)采用不銹鋼管制作而成，氮氣引流環(huán)沿徑向圓周開有至少3排直徑為2mm的針孔用于引流，每排均布至少100個針孔；同時氮氣引流環(huán)沿軸向圓周均布焊接至少40個噴嘴，噴嘴的出口軸線垂直于推力室軸線用于向外水平噴射氮氣，噴嘴的氣流擴散角度不小于20度。

氫氣噴嘴的出口方向與推力室噴管出口的位置關系為：

α=15～20°；R=(1.2～1.3)d/2；h=(0.3～0.5)d/2

式中：α為氫氣噴嘴出口軸線與推力室噴管出口之間的夾角；

R為氫氣噴嘴出口與推力室軸線之間的距離；

h為氫氣噴嘴出口與推力室噴管出口之間的距離；

d為推力室噴管出口直徑。

高壓電纜和導電桿采用螺紋連接，高壓電纜（9）和導電桿（10）外部采用陶瓷和金屬護網進行防熱保護。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：

（1）本發(fā)明將長明火炬布置在推力室噴管出口，長明火炬采用氫氣為能源，火焰燃燒混合比范圍寬，當發(fā)動機點火工作時，首先排出推力室的大量低溫氫被長明火炬點燃，隨后燃氣被大流量氮氣引流到遠離發(fā)動機的地帶，確保了發(fā)動機試驗的安全。

（2）本發(fā)明在推力室外周設置氮氣引流環(huán)，沿徑向圓周設置的至少3排的針孔可以起到引流作用；沿軸線圓周焊接的噴嘴，垂直于推力室軸線水平噴射高速氮氣，起到阻火、降溫、滅火的作用，提高了發(fā)動機試驗的安全性。

（3）本發(fā)明中的高能電子點火器可產生2500v、14Hz電子脈沖，高能半導體電嘴能夠發(fā)出20J能量的電火花，可以可靠點燃氫氣火炬；本發(fā)明將高壓電纜和導電桿采用螺紋連接，外部采用陶瓷和金屬護網進行防熱保護，提高了試驗的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的組成結構示意圖；

圖中：1.氫氣瓶、2.手動開關、3.減壓閥、4.電磁閥、5.氫氣管路、6.推力室、7.氮氣引流環(huán)、8.高能電子點火器、9.高壓電纜、10.導電桿、11.高能半導體電嘴、12.氫氣噴嘴；

圖2為氮氣引流環(huán)沿徑向圓周針孔的布置示意圖；

圖3為氮氣引流環(huán)沿軸線圓周噴嘴的布置示意圖。

具體實施方式