[发明专利]一种固液混合式火箭发动机及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天领域，具体指一种增设预燃室与涡流器的固液混合式火箭发动机及其工作方法。

背景技术

作为各类导弹和航天器最主要的推力设备，航天技术要实现重要发展，火箭发动机技术的提升是重中之重。固液混合火箭发动机是火箭发动机内采用的液体氧化剂，固体燃料一类发动机的简称。其工作优点结合了固体火箭发动机的安全性好，机动方便与液体火箭发动机的易关机和重新启动，推进剂能量较高等特点。固液混合火箭发动机应用领域包括运载火箭，先进轨道转移系统，亚轨道飞行器等飞行装置的动力系统，应用前景较好。

虽然目前对固液混合火箭发动机已经进行了大量研究，但还是存在一些瓶颈制约着混合火箭发动机的发展，例如：①混合火箭发动机的燃烧效率相对于固体和液体发动机要低；②发动机工作过程中氧/燃比发生变化，从而导致比冲改变降低；③固液混合火箭发动机中，如果燃烧效率低，燃烧均匀性较差，那么发动机的燃烧室内热量分布就会很不均匀，导致系统热防护的难度增大。

发明内容

本发明的目的是一种提高燃烧完全性的固液混合火箭发动机，通过增设预燃室和在主燃室内安装涡流发生器提高主燃室的燃烧效率，实现装置快速启动，并在补燃室内增设涡流发生器，提高燃烧完全性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种固液混合式火箭发动机，包括供压系统和发动机主体；发动机主体包括氧化剂储备箱、喷注器、点火器a，燃料通道、固体药柱、主燃烧室，补燃室内、尾喷管；所述氧化剂储备箱与主燃烧室之间通过导管连接，导管上安装有控制阀，所述主燃烧室的入口处装有喷注器，尾部连接有补燃室内，补燃室内的尾部连接有尾喷管；所述主燃烧室上设有点火器a，且内部设有固体药柱，固体药柱中间留有燃料通道；

所述氧化剂储备箱和主燃烧室之间还设有若干预燃室，所述预燃室通过导管a分别与氧化剂储箱、主燃室相连，预燃室装通过导管b与燃料储备箱相连；预燃室上安装了点火器b，导管a上安装有单向阀；

所述主燃烧室的内壁还装有若干涡流发生器a；

所述补燃室内的内壁装有若干涡流发生器b。

所述氧化剂储备箱和主燃烧室之间设置的若干预燃室在发动机主体内均匀分布。

所述主燃烧室的内壁上设置的若干涡流发生器a为沿周向均匀布置。

所述补燃室内的内壁上装有的若干涡流发生器b为沿周向均匀布置。

所述涡流发生器a与涡流发生器b由熔点较高，抗腐蚀性好的铌合金材料制造。

本发明所述的一种固液混合式火箭发动机的工作方法，包括如下过程：

火箭发动机准备点火启动时，供压系统工作，让氧化剂储备箱里的液体氧化剂在压力作用下经导流通道，经过单向阀与控制阀分别进入预燃室和主燃室，点火器b先启动，在预燃室内氧化剂与燃料储备箱中的燃料先进行点火燃烧，随着预燃室内的压力和温度升高，产生的高温高压燃气经导管进入主燃烧室，促进氧化剂与燃料的混合，点火器a工作，主燃烧室点火也更加容易，与此同时涡流发生器a开始工作，涡流发生器a的叶片开始旋转，产生大量涡流促进燃料混合燃烧，固体药柱不断气化在主燃室内与氧化剂进行燃烧，通过燃料通道进入补燃室，与此同时补燃室内的涡流发生器b开始工作，涡流发生器b的叶片开始旋转，产生涡流促进燃烧。随后产生的废气进入尾喷管，排出火箭发动机。

本发明的有益效果为：

(1)将传统的燃烧室改成预燃式燃烧室，预燃室连接氧化剂储备箱和燃料储备箱，可先于主燃室进行点火燃烧，产生的高温燃气较高的来流速度进入主燃烧室，冲击主燃烧室内的氧化剂与固体燃料，在燃烧室壁面的阻挡作用下，在燃烧室内会形成大量的漩涡，加速氧化剂与固体燃料的混合，促进燃料的燃烧，与此同时，主燃烧室点火也更加容易，高温高压的燃气可以加剧固体燃料的气化，使得燃料更加充分的燃烧，燃气本身也会与主燃烧室内的燃料与氧化剂进行二次混合燃烧。

(2)预燃室与氧化剂储备箱连接导管中设计有单向阀，避免燃气逆流，提高了结构的安全性。

(3)主燃室内装有涡流发生器，涡流发生器位于燃烧室内侧，当氧化剂在供压系统的作用下进入燃烧室，涡流发生器的叶片开始旋转，在其作用下，在燃烧室内部产生漩涡，加速氧化剂与燃料的混合，增强燃烧气体的混合度，提高燃烧效果。

(4)补燃室内装有涡流发生器，由于涡流发生器的叶片在燃烧室内部会发生旋转运动，气流在涡流发生器的作用下，会在补燃室内部产生大量漩涡，促进燃料与氧化剂混合，增强燃烧气体的混合程度。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；