[發明專利]一種新型固體火箭發動機矢量控制結構

在審

• 申請號: 202011090220.X
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112211754A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 張群;馬曉曦;王曉燕;高耀紅;王紫欣
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K9/97
• 分類號: F02K9/97;F02K9/90
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種新型固體火箭發動機矢量控制結構，涉及火箭發動機技術領域。本發明主要對尾噴管進行改進。將拉伐爾噴管拆分為收斂段和擴張段兩個部分，兩者通過一個球形鉸接接頭連接，收斂段作為固定座而擴張段作為活動件，使得噴管可以進行一定擺角內的擺動，提供較大的側向控制力來實現發動機的矢量控制。另外將發動機噴管擴張段設計為具有類波浪形排氣道的異型單面膨脹噴管，使一部分氣流從排氣道噴出，確保推力無較大損耗和旋轉穩定性的同時可以有效控制徑向方向速度，從而提升對發動機發射射程和方位的控制。

技術領域

本發明屬于火箭發動機技術領域，具體涉及一種新型固體火箭發動機矢量控制結構。

背景技術

固體火箭發動機屬于化學火箭發動機，用固態物質(能源和工質)作為推進劑。固體推進劑點燃后在燃燒室中燃燒，產生高溫高壓的燃氣，即把化學能轉化為熱能；燃氣經噴管膨脹加速，熱能轉化為動能，以極高的速度從噴管排出從而產生推力向前飛行。固體火箭發動機是是各種武器的動力裝置，同時其在航空航天領域也有廣泛的應用。它的結構比較簡單，具有機動性、可靠性和較易維護性的優點，極大的滿足了現代戰爭和航空航天事業的要求。

排氣噴管是發動機是發動機推力的主要產生部件，在飛行馬赫數6時，它產生的推力可達到發動機總推力的70％左右，排氣噴管的設計好壞直接影響整個發動機的性能，由于固體火箭發動機的飛行包線，為了達到最好的噴管內部性能，要求噴管的落壓比達到數百甚至上千，膨脹比達到幾十。傳統的軸對稱噴管存在膨脹面的機械限制和密封機制等問題，這使得噴管的最大膨脹比無法滿足要求。針對固體火箭發動機噴管的這一缺陷，本發明優化了尾噴管的結構對固體火箭發動機的性能及發展十分必要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提出一種新型固體火箭發動機矢量控制結構。與現有的技術結構相比，本發明的優點是運用了一種球形鉸接接頭來連接收斂段和擴張段噴管，并將擴張段噴管作為一個活動件可以通過控制其擺角來進行矢量控制。且固定座與活動件球面之間有一定間隙，以補償二者之間熱膨脹之差，防止高溫下活動件被卡住。將尾噴管設計成單面膨脹噴管且在斜面處設計了類波浪形排氣孔，不僅克服了軸對稱噴管的機械限制達到了更高的膨脹比，增設的排氣孔使得發動機獲得了徑向的速度，也可在產生激波時減小附面層的影響。

技術方案

本發明的目的在于提供一種新型固體火箭發動機矢量控制結構，它能夠有效控制尾噴管的擺角，并可獲得徑向速度，實現發動機矢量控制。

本發明技術方案如下：

一種新型固體火箭發動機矢量控制結構，包括球形鉸接接頭、異型單邊膨脹噴管、類波浪形排氣道，其特征在于：基于傳統小型固體火箭發動機結構及作用，本發明將噴管擴張段設計為可擺動式噴管，出口截面設置為斜面，形成單面膨脹噴管，產生徑向速度，實現矢量控制。

所述球形鉸接接頭，其特征在于：噴管的活動件與固定座之間有一球形連接座，噴管可在球形座內繞軸擺動；固定座與活動件球面之間有一定間隙，以補償二者之間熱膨脹之差，防止高溫下活動件被卡住。球型座用“O”形密封圈進行密封，固定座與活動件之間用鉸接接頭連接，該接頭由轉軸與軸承組成。該結構簡單不需要特殊材料和工藝，成本較低且擺角較大，能提供較大的側向控制力。

所述異型單邊膨脹噴管，其特征在于：噴管從擴張段中部開始形成單邊膨脹，而前半段依舊是正常的擴張段，應用了主動流動控制技術，在不明顯增加所需能量的前提下，采用了簡單的管道形狀設計以及增設排氣道等技術獲得了極高的膨脹比，從而實現了在獲取徑向速度的同時保持飛行器的高排氣性能。

本發明具有以下有益效果：