[發明專利]一種用于地面試驗固液混合火箭發動機的高濃度過氧化氫催化床結構

有效

• 申請號: 201310487700.3
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103557094A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 田輝;趙勝;蔡國飆
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F02K9/96
• 分類號: F02K9/96
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

技術領域

本發明涉及一種可用于地面試驗固液混合火箭發動機的高濃度過氧化氫催化床結構，屬于固液火箭發動機領域。

背景技術

高濃度過氧化氫（一般指質量分數>85%的過氧化氫）由于其密度高、毒性低、對環境友好，是固液混合火箭發動機中常用的氧化劑。通常，過氧化氫可通過發動機內部的催化床分解為高溫水蒸汽和氧氣，在燃燒室中點燃燃料藥柱，高溫反應產物經噴管噴出提供推力。其中，過氧化氫的分解反應可表示為

2H₂O₂(l)→2H₂O(g)+O₂(g)+Heat

常用的過氧化氫催化床可由顆粒狀催化劑或多層網狀催化結構封裝固定而成，也可燒結成整體式蜂窩狀結構，如文獻S.Bonifacio,G.Festa,and?A.R.Sorge,Novel?Structured?Catalysts?for?Hydrogen?Peroxide?Decomposition?in?Monopropellant?and?Hybrid?Rockets,Journal?of?Propulsion?and?Power,pp.1-8,2013中所述。不同種類、不同制作工藝的催化劑對過氧化氫分解反應的催化效率是不同的。該催化效率可以由催化活性來衡量，即單位時間內單位體積的催化劑能催化的反應物質量（g/cm³s）。對固液混合火箭發動機不同的設計工作狀態，所需的過氧化氫質量流量（g/s）是不同的。因此，在固液混合火箭發動機的地面試驗中，常需要調節催化劑的裝載量，以確定將特定流量的過氧化氫完全分解所對應的催化劑的量。

現有的一些過氧化氫固液混合火箭方案，如專利US006991772Bl所述，沒有涉及催化床的結構；一些文獻，如專利US20110167793Al，提出了固液火箭發動機的設計，但沒有考慮催化床的詳細結構和安裝形式，且催化劑的量無法調節。同時，專利US20110167793Al中的結構沒有考慮催化劑顆粒與催化床前液體噴注孔、催化床后氣體噴注孔的尺寸配合問題。當催化劑顆粒直徑小于設計的噴注孔直徑時，需要采取措施防止催化劑顆粒經噴注孔噴出。此外，即使催化劑顆粒直徑大于設計的噴注孔直徑，也需防止催化劑堵住噴注孔，影響發動機氧化劑的整體噴注形式。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，提出了一種用于地面試驗固液混合火箭發動機、催化劑裝填量可調的高濃度過氧化氫催化床結構。

一種用于地面試驗固液混合火箭發動機的高濃度過氧化氫催化床結構，包括發動機頭蓋、液體噴注面板、催化床外殼體、催化劑、調節環、氣體噴注面板、發動機前燃室、發動機燃燒室殼體、發動機燃料藥柱、催化劑上擋網、催化劑下擋網；

發動機頭蓋上設有氧化劑入口，氧化劑入口與液體噴注面板之間形成頭腔，發動機頭蓋固定連接催化床外殼體的上端，催化床外殼體的下端固定連接發動機前燃室；催化床外殼體內設有腔體，腔體內設有催化劑，催化劑的上端和下端分別設有催化劑上擋網和催化劑下擋網，催化劑上擋網與發動機頭蓋之間設置液體噴注面板，氣體噴注面板固定在催化床外殼體下端，氣體噴注面板與催化劑下擋網之間設有調節環；發動機前燃室上設有前燃室測壓孔；發動機燃燒室殼體固定連接發動機前燃室。

本發明的優點在于：

（1）可用于地面試驗固液混合火箭發動機的高濃度過氧化氫催化，催化床結構考慮了催化劑顆粒催化過程中可能的受熱膨脹，同時能避免催化劑堵住噴注孔或經噴注孔噴出。

（2）可根據過氧化氫流量和所采用催化劑的活性靈活調節催化劑的裝填量。

（3）液體噴注面板上液體噴注孔的分布和孔徑可根據過氧化氫流量進行設計，使過氧化氫以合適的速度均勻地噴入催化床。

（4）氣體噴注面板上氣體噴注孔的分布和孔徑可根據過氧化氫流量和燃料藥柱的幾何結構靈活設計，使過氧化氫催化后產生的高溫分解產物的噴注位置與藥柱的幾何結構相配合。

附圖說明

圖1是本發明裝配結構的剖視圖。

圖2是本發明液體噴注面板仰視圖

圖3是本發明氣體噴注面板的仰視圖

圖中：

1-發動機頭蓋??????????????2-液體噴注面板????????????3-催化床外殼體

4-催化劑??????????????????5-調節環??????????????????6-氣體噴注面板

7-發動機前燃室????????????8-發動機燃燒室殼體????????9-發動機燃料藥柱