[發明專利]采用插入式閥門的液氧與甲烷發動機及控制方法

有效

• 申請號: 201811268307.4
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109595097B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 程誠;周海清;李野;戴佳;林慶國;張志遠
• 申請（專利權）人: 上海空間推進研究所
• 主分類號: F02K9/56
• 分類號: F02K9/56;F02K9/58;F02K9/95
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種采用插入式閥門的液氧與甲烷發動機及控制方法，包括頭部本體、噴注器、推力室、液氧電磁閥、甲烷電磁閥和火花塞，噴注器通過擴散焊安裝在頭部本體下端面，推力室通過螺釘安裝在噴注器下端面，液氧電磁閥和甲烷電磁閥分別通過螺釘插入式安裝在頭部本體的左、右側面，火花塞通過螺紋安裝在頭部本體上部。本發明的液氧與甲烷發動機，可以解決現有技術中存在的低溫姿控發動機預冷困難、低溫推進劑在發動機頭部容易發生相變的問題，同時具有結構緊湊、操控簡單和響應速度快的優點，能夠滿足姿控動力系統的使用要求。

技術領域

本發明涉及液體火箭發動機技術領域，具體地，涉及一種采用插入式閥門的液氧與甲烷發動機及控制方法。

背景技術

高性能、無毒的低溫化學推進技術已經成為液體火箭發動機的主流發展方向，基于液氧與甲烷推進劑組合的火箭發動機及其推進系統，因具有最高的綜合性能(比沖性能、可重復使用性能、操作維護性和空間長期貯存等)，在運載火箭、空間飛行器、星表基地建設等領域存在廣泛的應用前景。對于液氧與甲烷姿控發動機而言，推進劑流量較小容易受熱相變，進而會嚴重影響發動機的工作可靠性。因此，如何保障推進劑的入口條件以及防止低溫推進劑在發動機頭部發生相變，是低溫姿控動力系統及發動機設計的重要內容。另外，相對采用四氧化二氮/肼類燃料組合的常規姿控發動機，液氧與甲烷等低溫雙組元非自燃推進劑組合的發動機需要專門的點火系統才能實現發動機的點火工作，發動機結構相對比較復雜。因此，如何優化發動機結構設計，減少零件數量，降低結構重量，也是液氧與甲烷姿控發動機順利工程應用的重要課題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種采用插入式閥門的液氧與甲烷發動機及控制方法。

根據本發明提供的一種采用插入式閥門的液氧與甲烷發動機，包括頭部本體、噴注器、推力室、液氧電磁閥、甲烷電磁閥和火花塞；

所述的噴注器安裝在所述的頭部本體下端面，所述的推力室安裝在所述的噴注器下端面，所述的液氧電磁閥、甲烷電磁閥分別通過螺釘插入式安裝在所述的頭部本體左側面、右側面，所述的火花塞通過螺紋安裝在所述的頭部本體上部。

優選地，所述的頭部本體與所述的液氧電磁閥構成液氧集液環，所述的頭部本體與所述的甲烷電磁閥構成甲烷集液環。

優選地，所述的頭部本體與所述的噴注器共同構成相互獨立的液氧流道和甲烷流道，所述的液氧流道上開設有液氧歧道，所述的甲烷流道上開設有甲烷歧道。

優選地，所述的火花塞的電極深入所述的頭部本體和噴注器的內部，并與所述的頭部本體和噴注器構成火炬室，所述的液氧歧道位于所述的電極上游，所述的甲烷歧道位于所述的電極下游。

優選地，所述的噴注器與所述的推力室構成燃燒室。

根據本發明提供的一種上述的采用插入式閥門的液氧與甲烷發動機的控制方法，在發動機工作前和兩次工作的間隙，液氧和液甲烷分別經所述的液氧進口管和甲烷進口管匯聚在所述的液氧集液環和甲烷集液環中，然后分別打開所述的帶閥液氧出口管和帶閥甲烷出口管的閥門，低溫推進劑通過排放充分冷卻所述的頭部本體和噴注器，當實時監測的發動機頭部溫度達到設定值后，分別關閉所述的帶閥液氧出口管和帶閥甲烷出口管的閥門。

優選地，在發動機工作過程中，分別打開所述的液氧電磁閥和甲烷電磁閥，所述的液氧集液環中的液氧經所述的液氧流道絕大部分充填至所述的噴注器的噴注面板，小部分經所述的液氧歧道在所述的電極上游噴注進入所述的火炬室，并不斷蒸發、汽化；所述的甲烷集液環中的液甲烷經所述的甲烷流道絕大部分充填至所述的噴注器的噴注面板，小部分經所述的甲烷歧管在所述的電極下游噴注進入所述的火炬室；所述的電極側面環形間隙中流動的氧蒸汽被高壓電流電離，產生初始火焰核并向下游傳播，在所述的電極下游點燃經摻混的氧蒸汽和甲烷形成核心火焰，核心火焰在所述的火炬室中不斷地擴散形成點火火炬，點火火炬進入所述的燃燒室中點燃經所述的噴注器噴注、霧化、混合的液氧和甲烷，發動機點火工作。