[發明專利]一種開式循環液氧煤油發動機系統及使用方法

有效

• 申請號: 202010300282.2
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111502864B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 劉上;韓紅偉;馮耀輝;李平;王藝杰;童飛;蒲光榮;秦新華
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/96
• 分類號: F02K9/96;F02K9/46;F02K9/95;F02K9/60
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

1.一種開式循環液氧煤油發動機系統的使用方法，其特征在于：所述發動機系統包括推力室(01)、同軸式渦輪泵組件、氧化劑輸出主管路(02)、煤油輸出主管路(03)、燃氣發生器(04)、煙火點火器(05)、火藥起動器(06)、氧化劑輸出副管路(07)、煤油輸出副管路(08)以及氮氣吹除閥(09)；

同軸式渦輪泵組件包括同軸設置的渦輪(010)、煤油泵(011)、氧化劑泵(012)；

氧化劑泵(012)的入口與外部氧化劑供應源連通，氧化劑泵(012)的出口通過氧化劑輸出主管路(02)與推力室(01)連通，且氧化劑輸出主管路(02)上安裝氧化劑主閥(013)；

煤油泵(011)的入口與外部煤油供應源連通，煤油泵(011)的出口通過煤油輸出主管路(03)與推力室(01)連通，且煤油輸出主管路(03)上安裝煤油主閥(014)；

渦輪(010)上設有火藥起動器(06)；渦輪(010)通過管道與所述燃氣發生器(04)連通，且渦輪(010)上設有排氣管，燃氣發生器(04)的頭部安裝煙火點火器(05)；燃氣發生器中氧化劑和煤油的混合比在0.35～0.45的范圍內；

氧化劑輸出副管路(07)的一端與所述氧化劑輸出主管路(02)連通，另一端與燃氣發生器(04)連通，氧化劑輸出副管路(07)上安裝氧化劑副閥(015)；

煤油輸出副管路(08)的一端與所述煤油輸出主管路(03)連通，另一端與燃氣發生器(04)連通，煤油輸出副管路(08)上安裝煤油副閥(016)；

氮氣吹除閥(09)在煤油輸出主管路(03)和煤油輸出副管路(08)上各安裝一個，或者在氧化劑輸出主管路(02)和氧化劑輸出副管路(07)上各安裝一個，或者在煤油輸出主管路(03)、煤油輸出副管路(08)、氧化劑輸出主管路(02)和氧化劑輸出副管路上均各安裝一個，用于對系統進行吹除；

氧化劑主閥(013)、煤油主閥(014)、氧化劑副閥(015)、煤油副閥(016)均采用氣動閥門；

該發動機系統的具體使用方法如下：

步驟1：打開氮氣吹除閥(09)，對系統進行吹氮處理；

步驟2：初始小流量點火；

步驟2.1：通氣打開煤油主閥(014)、煤油在發動機入口壓力下小流量充填推力室冷卻套和頭腔；

步驟2.2：再通氣小開度打開氧化劑主閥(013)，小流量液氧充填氧化劑主閥閥后腔道，部分快速蒸發；

步驟2.3：通電引燃推力室(01)內火藥點火裝置，產生高溫富燃燃氣，與進入推力室(01)內的氣氧和液氧燃燒；當煤油充滿推力室頭腔后，從推力室噴注器流出，在高溫火藥燃氣引燃下，與先進入推力室的液氧點火燃燒，推力室壓力上升；

步驟3：大流量點火啟動；

步驟3.1：火藥起動器(06)點火工作，將氧化劑主閥(013)完全打開，火藥燃氣驅動渦輪快速起旋，氧化劑泵(012)和煤油泵(011)后壓力快速升高，進入推力室的液氧流量和煤油流量迅速增大，推力室轉為大流量點火工作，推力室內壓力迅速上升；

步驟3.2：當火藥起動器(06)能量即將耗盡之前，通氣打開氧化劑副閥(015)，并下達煙火點火器(05)點火指令，通氣打開煤油副閥(016)，當發動機泵后壓力超過火藥起動器(06)在燃氣發生器(04)內建立的壓力，推進劑充滿燃氣發生器頭腔后，燃氣發生器(04)點火工作，與火藥起動器(06)接力驅動渦輪，通過渦輪(010)的反饋，發動機工況不斷爬升；在發動機工況爬升過程中，當氮氣吹除閥(09)后燃料壓力高于氮氣吹除閥閥前氮氣壓力，氮氣吹除閥(09)關閉，吹除過程自動停止；

步驟4：穩態工作

發動機點火起動完成后，氧化劑主閥(013)、煤油主閥(014)均撤氣，依靠液氧、煤油的作用力維持兩個主閥處于打開狀態，氧化劑副閥(015)和煤油副閥(016)一直通氣保持打開狀態，發動機維持穩態工作；

步驟5：系統關機

發動機關機時，先、后關閉氧化劑副閥(015)及煤油副閥(016)，切斷燃氣發生器(04)的氧化劑及煤油供應，渦輪(010)功率快速下降，當氧化劑泵(012)和煤油泵(011)后壓力低至一定時，氧化劑主閥(013)和煤油主閥(014)先后自動關閉；在關機過程中，當推力室入口和發生器頭腔壓力低于氮氣吹除閥(09)前氮氣壓力時，氮氣吹除閥(09)自動打開，高壓氮氣快速吹除推力室和燃氣發生器通道內的殘余推進劑，實現快速關機。