[發明專利]一種固液混合式火箭發動機及其工作方法

在審

• 申請號: 201710743464.5
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107701331A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 于蕾;朱躍進;劉樹森;劉楊先;潘劍鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F02K9/72
• 分類號: F02K9/72
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于航空航天領域，具體指一種增設預燃室與渦流器的固液混合式火箭發動機及其工作方法。

背景技術

作為各類導彈和航天器最主要的推力設備，航天技術要實現重要發展，火箭發動機技術的提升是重中之重。固液混合火箭發動機是火箭發動機內采用的液體氧化劑，固體燃料一類發動機的簡稱。其工作優點結合了固體火箭發動機的安全性好，機動方便與液體火箭發動機的易關機和重新啟動，推進劑能量較高等特點。固液混合火箭發動機應用領域包括運載火箭，先進軌道轉移系統，亞軌道飛行器等飛行裝置的動力系統，應用前景較好。

雖然目前對固液混合火箭發動機已經進行了大量研究，但還是存在一些瓶頸制約著混合火箭發動機的發展，例如：①混合火箭發動機的燃燒效率相對于固體和液體發動機要低；②發動機工作過程中氧/燃比發生變化，從而導致比沖改變降低；③固液混合火箭發動機中，如果燃燒效率低，燃燒均勻性較差，那么發動機的燃燒室內熱量分布就會很不均勻，導致系統熱防護的難度增大。

發明內容

本發明的目的是一種提高燃燒完全性的固液混合火箭發動機，通過增設預燃室和在主燃室內安裝渦流發生器提高主燃室的燃燒效率，實現裝置快速啟動，并在補燃室內增設渦流發生器，提高燃燒完全性。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種固液混合式火箭發動機，包括供壓系統和發動機主體；發動機主體包括氧化劑儲備箱、噴注器、點火器a，燃料通道、固體藥柱、主燃燒室，補燃室內、尾噴管；所述氧化劑儲備箱與主燃燒室之間通過導管連接，導管上安裝有控制閥，所述主燃燒室的入口處裝有噴注器，尾部連接有補燃室內，補燃室內的尾部連接有尾噴管；所述主燃燒室上設有點火器a，且內部設有固體藥柱，固體藥柱中間留有燃料通道；

所述氧化劑儲備箱和主燃燒室之間還設有若干預燃室，所述預燃室通過導管a分別與氧化劑儲箱、主燃室相連，預燃室裝通過導管b與燃料儲備箱相連；預燃室上安裝了點火器b，導管a上安裝有單向閥；

所述主燃燒室的內壁還裝有若干渦流發生器a；

所述補燃室內的內壁裝有若干渦流發生器b。

所述氧化劑儲備箱和主燃燒室之間設置的若干預燃室在發動機主體內均勻分布。

所述主燃燒室的內壁上設置的若干渦流發生器a為沿周向均勻布置。

所述補燃室內的內壁上裝有的若干渦流發生器b為沿周向均勻布置。

所述渦流發生器a與渦流發生器b由熔點較高，抗腐蝕性好的鈮合金材料制造。

本發明所述的一種固液混合式火箭發動機的工作方法，包括如下過程：

火箭發動機準備點火啟動時，供壓系統工作，讓氧化劑儲備箱里的液體氧化劑在壓力作用下經導流通道，經過單向閥與控制閥分別進入預燃室和主燃室，點火器b先啟動，在預燃室內氧化劑與燃料儲備箱中的燃料先進行點火燃燒，隨著預燃室內的壓力和溫度升高，產生的高溫高壓燃氣經導管進入主燃燒室，促進氧化劑與燃料的混合，點火器a工作，主燃燒室點火也更加容易，與此同時渦流發生器a開始工作，渦流發生器a的葉片開始旋轉，產生大量渦流促進燃料混合燃燒，固體藥柱不斷氣化在主燃室內與氧化劑進行燃燒，通過燃料通道進入補燃室，與此同時補燃室內的渦流發生器b開始工作，渦流發生器b的葉片開始旋轉，產生渦流促進燃燒。隨后產生的廢氣進入尾噴管，排出火箭發動機。

本發明的有益效果為：

(1)將傳統的燃燒室改成預燃式燃燒室，預燃室連接氧化劑儲備箱和燃料儲備箱，可先于主燃室進行點火燃燒，產生的高溫燃氣較高的來流速度進入主燃燒室，沖擊主燃燒室內的氧化劑與固體燃料，在燃燒室壁面的阻擋作用下，在燃燒室內會形成大量的漩渦，加速氧化劑與固體燃料的混合，促進燃料的燃燒，與此同時，主燃燒室點火也更加容易，高溫高壓的燃氣可以加劇固體燃料的氣化，使得燃料更加充分的燃燒，燃氣本身也會與主燃燒室內的燃料與氧化劑進行二次混合燃燒。

(2)預燃室與氧化劑儲備箱連接導管中設計有單向閥，避免燃氣逆流，提高了結構的安全性。

(3)主燃室內裝有渦流發生器，渦流發生器位于燃燒室內側，當氧化劑在供壓系統的作用下進入燃燒室，渦流發生器的葉片開始旋轉，在其作用下，在燃燒室內部產生漩渦，加速氧化劑與燃料的混合，增強燃燒氣體的混合度，提高燃燒效果。

(4)補燃室內裝有渦流發生器，由于渦流發生器的葉片在燃燒室內部會發生旋轉運動，氣流在渦流發生器的作用下，會在補燃室內部產生大量漩渦，促進燃料與氧化劑混合，增強燃燒氣體的混合程度。

附圖說明

圖1為本發明的總體結構示意圖；