[发明专利]一种火箭发动机推力室低温氢气安全处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢气安全处理装置，尤其涉及一种火箭发动机推力室低温氢气安全处理装置，主要用于大推力氢氧火箭发动机地面试验，可安全处理推力室点火前排放的大量低温氢，属于液体火箭发动机试验技术。

背景技术

我国新一代运载火箭芯一级发动机采用液氢液氧作为推进剂，单机推力50吨。为确保发动机点火起动平稳顺利，国内外大推力氢氧发动机均采用先冷却推力室、后点火起动的方式。发动机点火前需要排出100L左右的液氢，气化后的氢气体积可达到80m³，积聚在发动机周围的大量氢气在发动机点火瞬间极易产生爆燃或爆轰，从而对发动机和试验台构成威胁。因此，推力室低温氢气的处理是新一代运载火箭发动机研制和试验中的新课题，国内没有成熟的经验可以借鉴。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种火箭发动机推力室低温氢气安全处理装置，本发明采用长明火炬布置在推力室出口，利用高压氮气吹除形成的负压将点燃的氢气火焰引流，提高了发动机试验的安全性。

本发明的技术方案是：一种火箭发动机推力室低温氢气安全处理装置，由氢气瓶、手动开关、减压阀、电磁阀、氢气管路、氮气引流环、电子点火器、电缆、导电杆、半导体电嘴和氢气喷嘴组成，其中氢气瓶、手动开关、减压阀、电磁阀、氢气管路和氢气喷嘴组成长明火炬；电子点火器、电缆、导电杆、半导体电嘴组成电子点火系统；氮气引流环作为低温氢气火焰引流系统设置在发动机推力室喷管的外周；氢气瓶为长明火炬提供燃气，其出口依次通过手动开关、减压阀和电磁阀与氢气管路相连接，氢气管路设置在发动机推力室喷管的出口处，氢气管路包括两个出口，每个出口均安装有氢气喷嘴，与每个氢气喷嘴相对应的位置设置有半导体电嘴，半导体电嘴通过导电杆和电缆与电子点火器相连通，电子点火器工作时输出高压脉冲使半导体电嘴产生电火花。

氮气引流环采用不锈钢管制作而成，氮气引流环沿径向圆周开有至少3排直径为2mm的针孔用于引流，每排均布至少100个针孔；同时氮气引流环沿轴向圆周均布焊接至少40个喷嘴，喷嘴的出口轴线垂直于推力室轴线用于向外水平喷射氮气，喷嘴的气流扩散角度不小于20度。

氢气喷嘴的出口方向与推力室喷管出口的位置关系为：

α=15～20°；R=(1.2～1.3)d/2；h=(0.3～0.5)d/2

式中：α为氢气喷嘴出口轴线与推力室喷管出口之间的夹角；

R为氢气喷嘴出口与推力室轴线之间的距离；

h为氢气喷嘴出口与推力室喷管出口之间的距离；

d为推力室喷管出口直径。

高压电缆和导电杆采用螺纹连接，高压电缆（9）和导电杆（10）外部采用陶瓷和金属护网进行防热保护。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明将长明火炬布置在推力室喷管出口，长明火炬采用氢气为能源，火焰燃烧混合比范围宽，当发动机点火工作时，首先排出推力室的大量低温氢被长明火炬点燃，随后燃气被大流量氮气引流到远离发动机的地带，确保了发动机试验的安全。

（2）本发明在推力室外周设置氮气引流环，沿径向圆周设置的至少3排的针孔可以起到引流作用；沿轴线圆周焊接的喷嘴，垂直于推力室轴线水平喷射高速氮气，起到阻火、降温、灭火的作用，提高了发动机试验的安全性。

（3）本发明中的高能电子点火器可产生2500v、14Hz电子脉冲，高能半导体电嘴能够发出20J能量的电火花，可以可靠点燃氢气火炬；本发明将高压电缆和导电杆采用螺纹连接，外部采用陶瓷和金属护网进行防热保护，提高了试验的安全性。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图中：1.氢气瓶、2.手动开关、3.减压阀、4.电磁阀、5.氢气管路、6.推力室、7.氮气引流环、8.高能电子点火器、9.高压电缆、10.导电杆、11.高能半导体电嘴、12.氢气喷嘴；

图2为氮气引流环沿径向圆周针孔的布置示意图；

图3为氮气引流环沿轴线圆周喷嘴的布置示意图。

具体实施方式