[發(fā)明專利]一種液態(tài)空氣加力助推火箭發(fā)動機(jī)設(shè)備及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410054124.8
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103790734A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 茍仲武
• 申請（專利權(quán)）人: 茍仲武
• 主分類號: F02K9/42
• 分類號: F02K9/42;F02K9/46;F02K9/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于火箭發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種液態(tài)空氣加力助推火箭發(fā)動機(jī)設(shè)備及方法。

背景技術(shù)

火箭發(fā)動機(jī)就是利用沖量原理，自帶推進(jìn)劑、不依賴外界空氣的噴氣式發(fā)動機(jī)?；鸺l(fā)動機(jī)是噴氣發(fā)動機(jī)的一種，將推進(jìn)劑箱或運(yùn)載工具內(nèi)的反應(yīng)物料(推進(jìn)劑)變成高速射流，由于牛頓第三定律而產(chǎn)生推力。大部分火箭發(fā)動機(jī)靠排出高溫高速尾氣來獲得推力，固體或液體推進(jìn)劑(由氧化劑和燃料組成)在燃燒室中高壓(10-200bar)燃燒產(chǎn)生尾氣。

火箭發(fā)動機(jī)噴管是用于動機(jī)的一種(通常是漸縮漸闊噴管)推力噴管。

它用于膨脹并加速由燃燒室燃燒推進(jìn)產(chǎn)生的燃?xì)?，使之達(dá)到超高音速。

目前所有在使用的火箭，在使用過程中存在以下的問題：

1.燃料利用率低，從火箭發(fā)動機(jī)噴管噴出的長火焰看出，大量的熱量排向了空氣中，因?yàn)榛鸺乃俣群蛧娚涑龅奈镔|(zhì)的質(zhì)量和物質(zhì)的速度有關(guān)，和物質(zhì)的溫度無關(guān)，所以熱量浪費(fèi)巨大；

2.因?yàn)槿剂侠寐实?，所以環(huán)境污染嚴(yán)重，比如美國的阿波羅號一秒鐘所消耗的燃料是人類當(dāng)年首次橫跨大西洋的飛機(jī)所消耗的燃料的十倍還多。

3.燃料利用率低，燃料成本也就很高；特別在發(fā)射衛(wèi)星方面與國際競爭時，燃料成本也成為重要的一方面；

4.由于溫度高，熱量強(qiáng)，紅外特性和紫外特性也就很強(qiáng)，很容易被偵測到，難以做到起飛段隱身，導(dǎo)彈起飛后，馬上會被對方發(fā)現(xiàn)，對方會提前預(yù)警準(zhǔn)備應(yīng)對、反擊、攔截。

火箭的燃料不管是固體還是液體，在燃燒時，迅速升溫，氣化，達(dá)到兩千度到三千度攝氏度，因?yàn)槭軣崤蛎洠幌拗圃谌紵曳秶鷥?nèi)，形成非常大的壓力，燃燒的廢氣向后噴出時，噴出的尾氣經(jīng)過拉瓦爾噴管后速度達(dá)到了超音速。隨著膨脹，速度增加，壓力降低，溫度也稍有降低，最后噴出的氣體和大氣混合，大量熱量被浪費(fèi)掉。

液態(tài)空氣是將大自然的空氣加壓再降溫后變成液態(tài)淡藍(lán)色氣體，具有較低的氣化熱和超低溫的存儲溫度，如果將液態(tài)空氣和超高溫、超音速的尾焰混合后，超高溫、超音速的尾焰的熱量將使超低溫的液態(tài)空氣迅速膨脹并氣化，液態(tài)空氣由液體變成氣體時，在膨脹到1個大氣壓的情況下，體積會膨脹800倍以上，體積劇烈膨脹，會更增加火箭發(fā)動機(jī)的推動力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是，通過混合使用液態(tài)空氣介質(zhì)，充分利用燃料產(chǎn)生的熱量，減少環(huán)境污染，在保證同樣推力的情況下，大幅度降低燃料的使用量，使成本降低，同時由于所噴射的尾焰氣體的溫度大副下降，使所噴射的尾焰氣體的紅外特性和紫外特性大幅度降低；使用空氣液化得到的液態(tài)空氣，則盡可能利用自然界的資源，最大限度利用燃料熱能，使對環(huán)境的污染降到最低。

本發(fā)明針對上述問題，提供一種液態(tài)空氣加力助推火箭發(fā)動機(jī)設(shè)備及方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種液態(tài)空氣加力助推火箭發(fā)動機(jī)設(shè)備，包括以下部分：

液態(tài)空氣儲箱：用以裝載液態(tài)空氣；

超低溫液體泵：用以在火箭發(fā)動機(jī)運(yùn)行時將液態(tài)空氣輸送到液態(tài)空氣噴嘴噴出，和火箭發(fā)動機(jī)噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合；

液態(tài)空氣噴嘴：用以在火箭發(fā)動機(jī)運(yùn)行時將液態(tài)空氣噴出到火箭發(fā)動機(jī)后部的加力膨脹段和火箭發(fā)動機(jī)噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合；

加力膨脹段：用以吸入外界氣體，噴入液態(tài)空氣，吸入火箭發(fā)動機(jī)噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體，實(shí)現(xiàn)推力；

所述液態(tài)空氣儲箱通過超低溫液體泵密封連接所述液態(tài)空氣噴嘴；所述液態(tài)空氣噴嘴設(shè)置在火箭發(fā)動機(jī)后端，加力膨脹段內(nèi)部前端。

進(jìn)一步地，所述加力膨脹段包括加力段進(jìn)氣喉、混合膨脹段及加速擴(kuò)張段；所述加力段進(jìn)氣喉設(shè)置在火箭發(fā)動機(jī)尾部上下端，加力膨脹段前端的迎風(fēng)面；所述混合膨脹段設(shè)置在加力膨脹段的中部；所述加速擴(kuò)張段設(shè)置在加力膨脹段的后部。

更進(jìn)一步地，所述加力段進(jìn)氣喉為用以在火箭吸入空氣的加力段進(jìn)氣喉。

更進(jìn)一步地，所述混合膨脹段為向內(nèi)凹進(jìn)的混合膨脹段。

更進(jìn)一步地，所述加速擴(kuò)張段為面為向外擴(kuò)張的加速擴(kuò)張段。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種液態(tài)空氣加力助推火箭發(fā)動機(jī)方法，包括以下步驟：

S1，所述液態(tài)空氣儲箱內(nèi)裝有液態(tài)空氣；

S2，所述液態(tài)空氣儲箱中的液態(tài)空氣在火箭發(fā)動機(jī)運(yùn)行時噴出；

S3，所述加力段進(jìn)氣喉吸入一些空氣；

S4，所述液態(tài)空氣儲箱噴出的液態(tài)空氣和火箭發(fā)動機(jī)噴出的超高溫、超音速尾焰氣體在加力膨脹段混合；