[發(fā)明專利]一種二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110879214.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113505442A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李想;謝侃;楊正;閆東峰;李鴻瑾;苗龍;王寧飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 北京東方盛凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 李瑞雨

本發(fā)明公開(kāi)一種二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：根據(jù)二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)總體指標(biāo)要求，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑裝藥設(shè)計(jì)；進(jìn)行喉栓移動(dòng)范圍設(shè)計(jì)；進(jìn)行二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)基本型面設(shè)計(jì)；選擇喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和殼體材料；進(jìn)行燃燒室、噴管及喉栓的熱防護(hù)設(shè)計(jì)；進(jìn)行喉栓伺服機(jī)構(gòu)與軌道設(shè)計(jì)，進(jìn)行喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)密封設(shè)計(jì)；選擇二次流噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)及二次流噴注參數(shù)；設(shè)計(jì)所述喉栓內(nèi)二次流氣源；預(yù)估二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)性能及喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)與喉栓伺服機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)質(zhì)量。本發(fā)明在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)的同時(shí)使二次流與主流在喉栓表面形成的二次流包覆層可以減少喉栓的燒蝕，延長(zhǎng)喉栓壽命并通過(guò)改變二次流工質(zhì)的組分、狀態(tài)，減輕主流對(duì)喉栓的燒蝕作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及一種二次流喉栓火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉部面積來(lái)調(diào)節(jié)推力是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究分支。在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管型面固定的條件下，主要通過(guò)機(jī)械方式或流體方式改變喉部面積。

喉栓式發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，使嵌入在燃燒室內(nèi)部的喉栓沿著發(fā)動(dòng)機(jī)中心線作前后移動(dòng)，能在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)外型的情況下，以機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)噴管喉部幾何面積的調(diào)節(jié),從而改變推力大小。通過(guò)喉栓方案控制固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小，可以獲得推力調(diào)節(jié)范圍大致為10-100的理想結(jié)果。但由于驅(qū)動(dòng)喉栓需要相應(yīng)的伺服機(jī)構(gòu)，因而對(duì)于大型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，喉栓尺寸的增大還會(huì)使附加驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量大大增加；另外，喉栓在工作過(guò)程中受到高溫主流的燒蝕、沖擊，其工作壽命也會(huì)受到一定程度的影響，降低了該方案的可靠性。

二次流體噴注是指注射二次流到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉部附近的主流中，使二次射流與主流發(fā)生相互作用，改變主流流動(dòng)狀況，形成可變的柔性氣動(dòng)喉部，從而以流體方式改變發(fā)動(dòng)機(jī)推力的大小，是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)技術(shù)的另一種手段。

二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方法，在傳統(tǒng)喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中引入二次流體噴注概念，通過(guò)掏空喉栓內(nèi)部并填充固體推進(jìn)劑裝藥作為二次流燃?xì)庠矗⒃诤硭ǖ念^部開(kāi)設(shè)二次流噴注口，工作時(shí)二次流氣源產(chǎn)生的低溫高壓二次流氣體從噴注口噴出，在喉栓的表面形成包覆層，從而減小了高溫主流與喉栓之間的直接接觸，進(jìn)而減少了主流對(duì)喉栓的高溫?zé)g、沖擊，有效的提高了喉栓的工作壽命。同時(shí)，將二次流射流源改為儲(chǔ)存在喉栓內(nèi)部的固體二次流氣源，優(yōu)化了固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的體積空間。

目前，雖然針對(duì)二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)提出了概念與對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，但缺少具體的設(shè)計(jì)方法和流程，本發(fā)明就是提出了二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，使對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力實(shí)現(xiàn)可控，以及使二次流與主流在喉栓表面形成的二次流包覆層可以減少喉栓的燒蝕，延長(zhǎng)喉栓壽命并通過(guò)改變二次流工質(zhì)的組分、狀態(tài)，減輕主流對(duì)喉栓的燒蝕作用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)總體指標(biāo)要求，計(jì)算所述二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)的總沖，確定主推進(jìn)劑；

S2、計(jì)算所述主推進(jìn)劑的熱力參數(shù)，基于所述熱力參數(shù)和裝藥設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)藥柱型面；

S3、基于所述藥柱型面，結(jié)合喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)有效喉部面積變化范圍；

S4、基于所述二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)有效喉部面積變化范圍，結(jié)合喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)基本型面；

基于所述二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)基本型面，選擇二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)材料；

進(jìn)行噴管、燃燒室熱防護(hù)設(shè)計(jì)；

進(jìn)行喉栓熱防護(hù)設(shè)計(jì)；

進(jìn)行喉栓伺服機(jī)構(gòu)與軌道以及二次流喉栓發(fā)動(dòng)機(jī)密封設(shè)計(jì)；