[发明专利]过氧化氢/液氢气体发生器和推力室

说明书

技术领域

本发明涉及用在液体火箭发动机上的一种新推进剂组合的双组元气体发生器(预燃室)和推力室(燃烧室)。 

背景技术

七十年来，各种推进剂组合的气体发生器和推力室相继问世并用作各型号液体火箭发动机的核心组件。其中的液氧／液氢发动机比冲最高，用途最多，美国的航天飞机主发动机、中国的长征五号火箭和法国的阿里安5火箭的芯级发动机及美、俄、中、法、日等国的一些先进上面级火箭发动机都是这种发动机。但是，由于液氢的密度0.0708g／cm³特别低，造成液氧／液氢推进剂组合密度只有0.354g／cm³左右，很低的密度使得航天飞机和芯级火箭有体积庞大的缺点。美国航天飞机再入大气层的机毁人亡事故与此有关，这也是航天飞机退役的原因之一。体积小的新一代可重复使用航天飞行器急需更适用的发动机。 

还有一种比液氧／液氢推进剂组合出现更早的高浓度过氧化氢／煤油推进剂组合，开始是用80％—90％过氧化氢，后来一些年是用90％—98％过氧化氢。近两年本人还提出使用低浓度40％—70％和中等浓度70％—79％过氧化氢(专利申请CN102658066A等)。过氧化氢／煤油的主要优点是组合密度高和可储存使用方便，70％—98％过氧化氢的密度1.287—1.431g／cm³及与煤油的组合密度1.227—1.307g／cm³都很高。主要缺点是高纯度的高浓度过氧化氢的安全性不够高，发动机比冲不够高和实际应用较少，只能用于随浓度增加的分解温度增幅大和绝对值高达946℃的反应器(单组元气体发生器)，不能用于双组元气体发生器。 

本发明是充分发挥过氧化氢氧化剂和液氢燃料的优点，互相弥补彼此的缺点，将其组成一种新推进剂组合，就此提出相应的技术独特的双组元气体发生器和推力室。 

发明内容

针对液氧／液氢气体发生器和推力室存在的推进剂组合密度很低问题，充分考虑到过氧化氢的密度高和可储存使用方便的优点并采取一些技术方案减轻或避开过氧化氢／煤油反应器和推力室那样的缺点，本发明提出过氧化氢／液氢气体发生器和推力室。 

本发明的过氧化氢／液氢气体发生器和推力室使用浓度范围大的过氧化氢作为氧化剂。对于安全性高、使用性好、价格较便宜和完全分解温度322℃ -485℃的中等浓度70％—79％过氧化氢，主要使用利于完全分解的高纯度航天级产品。对于安全性不够高、价格较贵和完全分解温度515℃—946℃的高浓度80％—98％过氧化氢，为了确保稳定性和降低价格，主要使用游离酸、不挥发物、总碳、硝酸盐等杂质含量与中华人民共和国国家标准GB1616—2003规定相当的工业级产品，允许适量添加稳定剂。70％—98％过氧化氢的冰点-40℃—-2℃，沸点125℃—148℃，是使用方便的可储存氧化剂，并有好的冷却性能。 

本发明的过氧化氢／液氢气体发生器和推力室使用液氢作为燃料。这是一种沸点为-253℃的冷冻型燃料，虽然不可储存和使用不方便，但在液氧／液氢发动机上已经有五十多年的使用经验，且冷却性能好。 

本发明的过氧化氢／液氢气体发生器是对过氧化氢／液氢进行富燃料气液燃烧。过氧化氢中的一小部分进入气体发生器头部，经催化床的多层数银网完全分解70％—79％过氧化氢或者是少层数银网不完全分解80％—98％过氧化氢，生成温度322℃—600℃的由水蒸汽和氧气组成的混合气或还含未分解过氧化氢的气液流，统称为富氧气。气体发生器头部的同轴直流式气液喷注器，把富氧气和全部液氢喷注、混合后，进行低混合比的富燃料燃烧生成以氢气为主和有不多水蒸汽的富燃气。通过改变过氧化氢与液氢的混合比，控制燃烧温度在500℃—600℃，既能稳定燃烧和保证富燃气有较高的做功能力，又能确保不使接触富燃气的材料过热而影响工作寿命。气体发生器身部为独段双层夹套结构，液氢或过氧化氢从夹套流过进行再生冷却，以消除气体发生器的散热损失。