[發(fā)明專(zhuān)利]火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010225556.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111322172A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊海峰;王明哲;郭利明;劉業(yè)奎;李文鵬;申帥帥;余鵬;孫奪;田蜜;李娜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京宇航推進(jìn)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F02K9/62
• 分類(lèi)號(hào): F02K9/62;F02K9/64;F02K9/52;F02K9/97
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室包括：主體，所述主體上設(shè)置有一級(jí)燃燒室和二級(jí)燃燒室，所述二級(jí)燃燒室設(shè)置在所述一級(jí)燃燒室的出口端，所述一級(jí)燃燒室和二級(jí)燃燒室交界處設(shè)置有導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流結(jié)構(gòu)用于將所述一級(jí)燃燒室內(nèi)壁面處的推進(jìn)劑導(dǎo)向所述主體的中心位置處；噴注器，所述噴注器設(shè)置在所述一級(jí)燃燒室的入口端；噴管，所述噴管設(shè)置在所述二級(jí)燃燒室的出口端。本發(fā)明的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室能夠避免冷卻劑中的燃料或氧化劑在中心高溫燃?xì)獾臒崃肯率軣岱纸獠⒉糠秩紵龑?duì)一級(jí)燃燒室內(nèi)壁面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，避免燃燒室壁面出現(xiàn)氧化、燒蝕等現(xiàn)象。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及火箭動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要由電磁閥與推力室組成，噴注器高速?lài)姵鋈剂吓c氧化劑，在推力室中經(jīng)過(guò)摻混、燃燒。目前有許多經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的燃料和氧化劑組合，每個(gè)組合都具有特定的性能。它們?cè)谌紵龝r(shí)釋放的能量以及熱力學(xué)反應(yīng)也是各不相同。根據(jù)其反應(yīng)的性質(zhì)，所有的推進(jìn)劑組合都是放熱的，也就是說(shuō)，燃料和氧化劑將結(jié)合就會(huì)釋放大量熱。其中推進(jìn)劑反應(yīng)的效率尤為重要，即兩種推進(jìn)劑組分反應(yīng)效率，在很大程度上取決于兩種組分混合的充分性。不充分混合會(huì)在有限空間內(nèi)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能浪費(fèi)。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴注器是燃料和氧化劑混合、燃燒重要部件。一個(gè)典型的噴注器可以有幾到幾千個(gè)孔組成，通過(guò)這些小孔將燃料和氧化劑噴入到燃燒室中。噴孔口噴出燃料和氧化劑，使它們形成噴霧扇面，在燃燒室身部?jī)?nèi)的某個(gè)位置混合、燃燒。

推進(jìn)劑的燃燒產(chǎn)生的氣體溫度通常超過(guò)大多數(shù)已知材料的熔化溫度。如果不采用冷卻技術(shù)，燃燒室壁就會(huì)燒穿、融化，由于燃燒室與噴注器之間連接金屬，熱量通過(guò)燃燒室壁傳遞到噴注器中，導(dǎo)致噴注器過(guò)熱， 這可能導(dǎo)致噴注器出現(xiàn)氣阻，嚴(yán)重導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸。

目前主流火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁冷卻主要有兩種方法。第一種是再生冷卻，冷卻劑通過(guò)燃燒室壁內(nèi)的冷卻流道循環(huán)，冷卻劑可以采用一種或者兩種推進(jìn)劑，推進(jìn)劑起冷卻劑的作用，并帶走熱量。這種方法的效用使用要求有限，它不能為小型發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的冷卻，因?yàn)樗鼈兊耐七M(jìn)劑流量太小，而且由于其他原因，這種方法可能不適合與大型高壓發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)使用，因?yàn)槔鋮s在冷卻槽道中需要以一定速度流動(dòng)，因此，導(dǎo)致噴注入口壓力過(guò)高，給前端供給系統(tǒng)帶來(lái)很大的弊端。

另一種方法是采用液膜冷卻，其中推進(jìn)劑噴注器的孔噴出，其中噴注器中心區(qū)域噴出的是中心燃燒流，噴注器邊區(qū)噴出的是冷卻燃燒室壁面的冷卻流。在中心區(qū)域，推進(jìn)劑通過(guò)噴注器中心孔被很好地混合、燃燒。邊界冷卻劑是通過(guò)噴注器外圍噴注孔噴向以一定的角度射向燃燒室壁面。推進(jìn)劑在燃燒室壁上形成液膜，使其燃燒室壁面與中心高溫燃?xì)飧糸_(kāi)。噴注器噴出的燃料或氧化劑是通過(guò)液滴蒸發(fā)來(lái)吸收熱量，從而降低燃燒室壁面溫度。這種方法可以用于大多數(shù)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于冷卻劑未參與燃燒，明顯造成的發(fā)動(dòng)機(jī)性能損失。

液膜暴露在高溫燃?xì)庵校ㄟ^(guò)熱量的傳遞，冷卻劑發(fā)生蒸發(fā)和分解。分解產(chǎn)物與中心區(qū)域未反應(yīng)完全的推進(jìn)劑發(fā)生反應(yīng)，形成各種未知反應(yīng)物（由于燃料與氧化劑的濃度變化較大），該未知反應(yīng)物有可能與銅、鎳、鉑、銥、金、錸和銅等典型室壁材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這會(huì)腐蝕和氧化燃燒室壁，并導(dǎo)致其失效。

液膜冷卻也會(huì)導(dǎo)致燃燒室內(nèi)出現(xiàn)局部氧化劑或者燃料濃度過(guò)高現(xiàn)象。這些濃度之間的差異會(huì)導(dǎo)致燃料與氧化劑產(chǎn)生一些未知的化學(xué)組分，當(dāng)這些組分與燃燒室壁接觸時(shí)，有可能導(dǎo)致燃燒室壁面出現(xiàn)氧化、燒蝕等現(xiàn)象。同時(shí)也會(huì)對(duì)噴注器孔造成影響，使得噴注孔出現(xiàn)擴(kuò)大、裂紋等現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室容易出現(xiàn)氧化、燒蝕的問(wèn)題。