[發明專利]一種具有環型引射結構的火箭沖壓組合發動機

有效

• 申請號: 201410224686.2
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN104295406A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 謝嶠峰;王兵
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F02K7/18
• 分類號: F02K7/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種具有環型引射結構的火箭沖壓組合發動機，屬于航天設備技術領域。?

背景技術

火箭沖壓組合發動機的關鍵技術之一就是采用有效的引射火箭結構形式，更好的保證發動機在低速啟動狀態下，盡快實現燃料和空氣的充分混合，在盡可能短的燃燒室空間內實現燃燒，使得組合發動機在低速條件下能夠產生足夠大的推力，從而保證組合發動機低速階段的起飛動力。這對于實現組合發動機結構一體化、減輕結構重量具有重要的意義。近些年來,臨近空間作為衛星和航空器之間的空域,越來越多的被相關國家所重視。主要因為在此空間內大氣及其稀薄,且已經無法滿足吸氣式發動機的工作要求。然而為了能更好的利用這一空間，組合發動機的概念漸漸的浮現在人們面前。因為在這一空間，只有組合發動機能完全滿足高超聲速臨近空間飛行器技術需求。其中以火箭沖壓組合發動機和渦輪沖壓組合發動機尤為突出。然而在實際使用過程中，渦輪沖壓組合發動機的組成部件十分復雜，同時對渦輪發動機技術要求也過于苛刻；而火箭沖壓組合發動機的結構則相對簡單，同時引射火箭技術也更加成熟。火箭組合推進系統主要由流動通道和嵌于通道內的火箭發動機構成，火箭發動機可以置于流動中心或者側壁。流動通道根據各自發揮的功用可以分為進氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管。組合發動機在大氣中利用空氣中的氧氣實現自主起飛和著陸,而自身攜帶的推進劑使其可在大氣外飛行。對于典型的火箭沖壓組合發動機來說，其主要經歷四個工作模態：引射模態、沖壓模態、超燃沖壓模態和純火箭模態。引射模態主要工作在0-3馬赫數，火箭以最大工作狀態工作，通過高溫燃氣引射二次空氣，提高發動機比沖和推力。在低速條件下，引射作用占主導作用，在較高馬赫數下則利用來流的沖壓作用。亞燃沖壓模態的工作速度范圍為3-6馬赫數。此時火箭發動機關閉或者以值班的方式低工況工作，主要利用來流沖壓組織亞聲速燃燒。進一步，在超燃沖壓模態，工作馬赫數在6-8范圍內，在流道內實現超聲速燃燒。其中引射工作模態決定著組合發動機能從靜止啟動到加速飛行。所以引射工作模態對組合發動機來說起著具足輕重的作用。然而引射火箭的工作特性直接關系到組合發動機引射工作模態的性能指標，如果要更好的發?揮火箭沖壓發動機引射工作模態的性能，那么就需要對引射火箭結構以及噴口結構進行更好地設計。而這也是這些研究領域內的關鍵問題之一。?

從目前的研究情況來看，比較常用的引射火箭結構主要是普通的圓管火箭發動機，主要置于流動中心或者側壁。其中單一的圓管火箭發動機基本都設置在組合發動機流動中心，而多管火箭發動機主要圍繞著流動中心均勻環繞分布，同時每個火箭發動機都是獨立工作的。此外，可以通過確定組合發動機的推力特性來確定火箭發動機的數目。但作為技術上可以實現或有益的探索性嘗試，以及技術實現難度方面的限制等原因，這些方案都存在一定的缺陷。?

發明內容

本發明的目的是提出一種具有環型引射結構的火箭沖壓組合發動機，對已有的火箭沖壓組合發動機的結構進行改進，以實現較高的空間利用率及較短的燃燒室尺寸，同時提高引射火箭的引射效率，進一步提升組合發動機的整體性能。?

本發明提出的具有環型引射結構的火箭沖壓組合發動機，包括發動機外殼、內殼、整流頭、固定導向柱和固定環；所述的發動機外殼通過固定導向柱與整流頭相對固定，固定導向柱中設有氧化劑入口和燃料入口，發動機外殼的前端為空氣入口；所述的整流頭前體伸出發動機外殼的前端，整流頭后體呈臺階式，臺階式整流頭后體插入發動機外殼中，發動機外殼的后端為喇叭形超聲速噴口；所述的內殼通過固定環固定在整流頭的中部，固定環中設有燃料氧化劑混合噴注口，所述的空氣入口和氧化劑入口分別與燃料氧化劑混合噴注口相連通；所述的內殼與整流頭之間形成環型燃燒室，所述的發動機外殼與整流頭之間形成混合燃燒室。?

本發明提出的具有環型引射結構的火箭沖壓組合發動機，其優點是，本發明的火箭沖壓組合發動機，很大程度上提高了引射火箭燃燒室的空間利用率，因此可以減小發動機燃燒室的尺寸，減輕組合發動機的重量，同時減小相關的零部件的尺寸，增加最終動力系統產品的機動性能，提高其動力系統的經濟性能。同時組合發動機中的環型燃燒室可以促使燃氣沿周向均勻噴出，有利于噴出的燃氣在混合混燃室中與空氣進行二次混合，以提高組合發動機經環形混合室進行二次補燃后的燃燒效率。?

附圖說明

圖1是本發明提出的具有環型引射結構的火箭沖壓組合發動機的結構示意圖。?

圖2是圖1所示的發動機的A-A向剖視圖。?

圖3是圖1所示的發動機中氧化劑入口和燃料入口處的局部放大圖。?