[發明專利]火箭發動機燃燒室及火箭發動機

在審

• 申請號: 202010225556.6
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111322172A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 楊海峰;王明哲;郭利明;劉業奎;李文鵬;申帥帥;余鵬;孫奪;田蜜;李娜
• 申請（專利權）人: 北京宇航推進科技有限公司
• 主分類號: F02K9/62
• 分類號: F02K9/62;F02K9/64;F02K9/52;F02K9/97
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種火箭發動機燃燒室及火箭發動機。火箭發動機燃燒室包括：主體，所述主體上設置有一級燃燒室和二級燃燒室，所述二級燃燒室設置在所述一級燃燒室的出口端，所述一級燃燒室和二級燃燒室交界處設置有導流結構，所述導流結構用于將所述一級燃燒室內壁面處的推進劑導向所述主體的中心位置處；噴注器，所述噴注器設置在所述一級燃燒室的入口端；噴管，所述噴管設置在所述二級燃燒室的出口端。本發明的火箭發動機燃燒室能夠避免冷卻劑中的燃料或氧化劑在中心高溫燃氣的熱量下受熱分解并部分燃燒對一級燃燒室內壁面產生化學反應，避免燃燒室壁面出現氧化、燒蝕等現象。

技術領域

本發明涉及火箭動力系統技術領域，具體而言，涉及一種火箭發動機燃燒室及火箭發動機。

背景技術

傳統的液體火箭發動機主要由電磁閥與推力室組成，噴注器高速噴出燃料與氧化劑，在推力室中經過摻混、燃燒。目前有許多經過驗證的燃料和氧化劑組合，每個組合都具有特定的性能。它們在燃燒時釋放的能量以及熱力學反應也是各不相同。根據其反應的性質，所有的推進劑組合都是放熱的，也就是說，燃料和氧化劑將結合就會釋放大量熱。其中推進劑反應的效率尤為重要，即兩種推進劑組分反應效率，在很大程度上取決于兩種組分混合的充分性。不充分混合會在有限空間內導致發動機性能浪費。

火箭發動機的噴注器是燃料和氧化劑混合、燃燒重要部件。一個典型的噴注器可以有幾到幾千個孔組成，通過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，在燃燒室身部內的某個位置混合、燃燒。

推進劑的燃燒產生的氣體溫度通常超過大多數已知材料的熔化溫度。如果不采用冷卻技術，燃燒室壁就會燒穿、融化，由于燃燒室與噴注器之間連接金屬，熱量通過燃燒室壁傳遞到噴注器中，導致噴注器過熱， 這可能導致噴注器出現氣阻，嚴重導致發動機爆炸。

目前主流火箭發動機燃燒室壁冷卻主要有兩種方法。第一種是再生冷卻，冷卻劑通過燃燒室壁內的冷卻流道循環，冷卻劑可以采用一種或者兩種推進劑，推進劑起冷卻劑的作用，并帶走熱量。這種方法的效用使用要求有限，它不能為小型發動機提供足夠的冷卻，因為它們的推進劑流量太小，而且由于其他原因，這種方法可能不適合與大型高壓發動機單獨使用，因為冷卻在冷卻槽道中需要以一定速度流動，因此，導致噴注入口壓力過高，給前端供給系統帶來很大的弊端。

另一種方法是采用液膜冷卻，其中推進劑噴注器的孔噴出，其中噴注器中心區域噴出的是中心燃燒流，噴注器邊區噴出的是冷卻燃燒室壁面的冷卻流。在中心區域，推進劑通過噴注器中心孔被很好地混合、燃燒。邊界冷卻劑是通過噴注器外圍噴注孔噴向以一定的角度射向燃燒室壁面。推進劑在燃燒室壁上形成液膜，使其燃燒室壁面與中心高溫燃氣隔開。噴注器噴出的燃料或氧化劑是通過液滴蒸發來吸收熱量，從而降低燃燒室壁面溫度。這種方法可以用于大多數火箭發動機，但由于冷卻劑未參與燃燒，明顯造成的發動機性能損失。

液膜暴露在高溫燃氣中，通過熱量的傳遞，冷卻劑發生蒸發和分解。分解產物與中心區域未反應完全的推進劑發生反應，形成各種未知反應物（由于燃料與氧化劑的濃度變化較大），該未知反應物有可能與銅、鎳、鉑、銥、金、錸和銅等典型室壁材料發生化學反應，這會腐蝕和氧化燃燒室壁，并導致其失效。

液膜冷卻也會導致燃燒室內出現局部氧化劑或者燃料濃度過高現象。這些濃度之間的差異會導致燃料與氧化劑產生一些未知的化學組分，當這些組分與燃燒室壁接觸時，有可能導致燃燒室壁面出現氧化、燒蝕等現象。同時也會對噴注器孔造成影響，使得噴注孔出現擴大、裂紋等現象。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種火箭發動機燃燒室及火箭發動機，以解決現有技術中的火箭發動機燃燒室容易出現氧化、燒蝕的問題。