[发明专利]一种用于地面试验固液混合火箭发动机的高浓度过氧化氢催化床结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于地面试验固液混合火箭发动机的高浓度过氧化氢催化床结构，属于固液火箭发动机领域。

背景技术

高浓度过氧化氢（一般指质量分数>85%的过氧化氢）由于其密度高、毒性低、对环境友好，是固液混合火箭发动机中常用的氧化剂。通常，过氧化氢可通过发动机内部的催化床分解为高温水蒸汽和氧气，在燃烧室中点燃燃料药柱，高温反应产物经喷管喷出提供推力。其中，过氧化氢的分解反应可表示为

2H₂O₂(l)→2H₂O(g)+O₂(g)+Heat

常用的过氧化氢催化床可由颗粒状催化剂或多层网状催化结构封装固定而成，也可烧结成整体式蜂窝状结构，如文献S.Bonifacio,G.Festa,and A.R.Sorge,Novel Structured Catalysts for Hydrogen Peroxide Decomposition in Monopropellant and Hybrid Rockets,Journal of Propulsion and Power,pp.1-8,2013中所述。不同种类、不同制作工艺的催化剂对过氧化氢分解反应的催化效率是不同的。该催化效率可以由催化活性来衡量，即单位时间内单位体积的催化剂能催化的反应物质量（g/cm³s）。对固液混合火箭发动机不同的设计工作状态，所需的过氧化氢质量流量（g/s）是不同的。因此，在固液混合火箭发动机的地面试验中，常需要调节催化剂的装载量，以确定将特定流量的过氧化氢完全分解所对应的催化剂的量。

现有的一些过氧化氢固液混合火箭方案，如专利US006991772Bl所述，没有涉及催化床的结构；一些文献，如专利US20110167793Al，提出了固液火箭发动机的设计，但没有考虑催化床的详细结构和安装形式，且催化剂的量无法调节。同时，专利US20110167793Al中的结构没有考虑催化剂颗粒与催化床前液体喷注孔、催化床后气体喷注孔的尺寸配合问题。当催化剂颗粒直径小于设计的喷注孔直径时，需要采取措施防止催化剂颗粒经喷注孔喷出。此外，即使催化剂颗粒直径大于设计的喷注孔直径，也需防止催化剂堵住喷注孔，影响发动机氧化剂的整体喷注形式。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种用于地面试验固液混合火箭发动机、催化剂装填量可调的高浓度过氧化氢催化床结构。

一种用于地面试验固液混合火箭发动机的高浓度过氧化氢催化床结构，包括发动机头盖、液体喷注面板、催化床外壳体、催化剂、调节环、气体喷注面板、发动机前燃室、发动机燃烧室壳体、发动机燃料药柱、催化剂上挡网、催化剂下挡网；

发动机头盖上设有氧化剂入口，氧化剂入口与液体喷注面板之间形成头腔，发动机头盖固定连接催化床外壳体的上端，催化床外壳体的下端固定连接发动机前燃室；催化床外壳体内设有腔体，腔体内设有催化剂，催化剂的上端和下端分别设有催化剂上挡网和催化剂下挡网，催化剂上挡网与发动机头盖之间设置液体喷注面板，气体喷注面板固定在催化床外壳体下端，气体喷注面板与催化剂下挡网之间设有调节环；发动机前燃室上设有前燃室测压孔；发动机燃烧室壳体固定连接发动机前燃室。

本发明的优点在于：

（1）可用于地面试验固液混合火箭发动机的高浓度过氧化氢催化，催化床结构考虑了催化剂颗粒催化过程中可能的受热膨胀，同时能避免催化剂堵住喷注孔或经喷注孔喷出。

（2）可根据过氧化氢流量和所采用催化剂的活性灵活调节催化剂的装填量。

（3）液体喷注面板上液体喷注孔的分布和孔径可根据过氧化氢流量进行设计，使过氧化氢以合适的速度均匀地喷入催化床。

（4）气体喷注面板上气体喷注孔的分布和孔径可根据过氧化氢流量和燃料药柱的几何结构灵活设计，使过氧化氢催化后产生的高温分解产物的喷注位置与药柱的几何结构相配合。

附图说明

图1是本发明装配结构的剖视图。

图2是本发明液体喷注面板仰视图

图3是本发明气体喷注面板的仰视图

图中：

1-发动机头盖              2-液体喷注面板            3-催化床外壳体

4-催化剂                  5-调节环                  6-气体喷注面板

7-发动机前燃室            8-发动机燃烧室壳体        9-发动机燃料药柱