[發明專利]一種火箭基組合循環發動機推進劑一體化供應系統

有效

• 申請號: 201610694902.9
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN106321284B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 潘宏亮;秦飛;魏祥庚;王超月;李瑩
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K7/18
• 分類號: F02K7/18;F02K9/46;F02K9/56;F02K9/58
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明公開了一種火箭基組合循環發動機推進劑一體化供應系統，由液氧路供應系統、煤油路供應系統、燃氣系統組成，液氧路供應系統為發動機提供氧化劑，煤油路供應系統為發動機提供燃料，燃氣系統為渦輪提供驅渦燃氣；液氧路供應系統與煤油路供應系統依燃氣發生器14對稱布置。供應系統以結構簡單的燃氣發生器循環系統為基本結構形式，將驅渦燃氣排入低壓力的沖壓流道進行補燃，形成結構較為簡單，性能優良的發動機補燃循環系統，且該系統具有大范圍調節能力，同時滿足火箭基組合循環發動機主火箭推進劑及發動機二次燃料供應需求。推進劑供應系統提高了能量利用率與發動機性能；可用于寬包線多模態RBCC發動機系統集成。

技術領域

本發明涉及火箭基組合循環發動機領域，具體地說，涉及一種火箭基組合循環發動機推進劑一體化供應系統。

背景技術

合理可靠的推進劑供應系統不僅是發動機正常工作的根本保障，同時也是減小發動機消極質量，提高發動機比沖的有效手段。火箭基組合循環發動機將火箭發動機以及沖壓發動機集成在同一流道內，有效提高了發動機比沖及推重比，是未來最具前景的空天飛行器動力裝置。火箭基組合循環發動機工作過程經歷引射、亞燃、超燃、純火箭多個模態，不同工作模態下推進劑供應系統工作參數差別很大，要求推進劑供應系統具有大范圍調節能力。

采用發動機推進劑一體化供應系統，能簡化火箭基組合循環發動機系統結構，降低結構重量，有效增大發動機總體性能。火箭基組合循環發動機推進劑一體化供應系統需兼顧火箭基組合循環發動機主火箭推進劑以及二次沖壓流道燃料供應需求。其中火箭基組合循環發動機主火箭推進劑為煤油/液氧，二次燃料為煤油。引射模態時，火箭基組合循環發動機主火箭大流量高室壓工作，二次燃料小流量工作；亞燃及超燃模態，火箭基組合循環發動機主火箭關閉或小流量工作，二次燃料大流量工作；純火箭模態，火箭基組合循環發動機大流量高室壓工作，二次燃料關閉。這就造成了全模態工作火箭基組合循環發動機整個推進劑供應系統液氧流量大范圍變化，煤油流量則由于火箭與二次燃料共同工作而變化不大，導致整個系統氧燃比大幅變化。并且火箭和二次補燃兩個供應子系統背壓差別大，與火箭基組合循環發動機主火箭室壓大幅度變化不同的是，二次補燃沖壓流道壓力低，變化范圍小，兩者變化趨勢完全不同。因此，火箭基組合循環發動機多模態推進劑供應系統設計難點在于，一是發動機推進劑供應系統氧燃比需大范圍調節，二是供應子系統背壓差別大，變化不均衡，系統調節復雜。根據某兩級入軌第一級火箭基組合循環發動機系統要求，在整個工作過程中，火箭基組合循環發動機供應系統液氧流量變化比高達11，煤油流量變化比僅為1.35，整個供應系統氧燃比變化高達10.3，火箭推進劑與二次燃料供應系統背壓變化達10倍以上。

針對全模態火箭基組合循環一體化推進劑供應系統設計難點，美國的基于Strutjet支板火箭的液氫/液氧火箭基組合循環發動機采用混合循環的方式。在引射沖壓模態，供應系統采用補燃循環方式，富燃預燃室燃氣驅動液氫泵渦輪后進入沖壓流道補燃，富氧預燃室驅動液氧泵渦輪后進入主火箭補燃，在亞燃以及超燃模態，Strutjet主火箭關閉，僅沖壓發動機工作，由于沖壓流道壓力較低此時發動機采用膨脹循環。在文獻“Scramjet Propulsion”([M]，AIAA,2011:697-755)中使用了煤油/液氧補燃循環方案，采用串并聯主泵形式獲得大范圍調節能力，引射模態時,供應系統選用傳統的補燃循環模式，亞燃及超燃模態液氧流量較小時，則關閉液氧一級泵，僅由液氧二級泵工作。文獻“基于分級燃燒循環的RBCC推進劑供應系統研究”(《西北工業大學學報》，2015)。通常基于火箭發動機的大推力補燃循環系統研制技術難度大，采用含火箭發動機補燃循環的混合循環系統則結構更復雜。而且Strutjet方案中膨脹循環僅適用于液氧液氫發動機，并不適用于液氧煤油發動機。現有技術中的串并聯泵方案，技術風險大，研制難度大，研制成本高。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種火箭基組合循環發動機推進劑一體化供應系統。