[发明专利]一种地面试车实验用固液混合发动机

说明书

一种地面试车实验用固液混合发动机，将多个点火头分散埋入前端盖中，并且通过单向爆破片将其密封，当发动机首次点火启动时，通过点火器引燃点火药包，瞬间产生高温高压燃气将单向爆破片冲破并在氧化剂携带作用下进入发动机燃烧室引燃药柱，从而实现发动机点火启动。当切断氧化剂供使得发动机关机，当需要再次启动时，通过次点火器将次点火药包引燃从而冲破爆破片，此时再次打开氧化剂供给阀门，高温燃气随氧化剂流经燃烧室将药柱再次引燃实现发动机多次点火启动。本发明具有发动机多次点火启动功能，通过喷注器将固液混合发动机燃烧效率提高18％，并且无需加工整台发动机，节约了实验成本30％，缩短实验周期1/5。

技术领域

本发明涉及固液混合发动机领域，具体是一种地面试车实验用固液混合发动机。

背景技术

固液混合发动机以固体燃料和液体氧化剂作为推进剂，并且燃料和氧化剂分开储存，因此具有使用安全性较高、可推力调节及多次启动、燃气无毒优点，是一种极具发展与应用潜力的航天器动力装置。北京航空航天大学硕士研究生刘汉代在2005年硕士学位论文《标准实验混合固液火箭发动机设计》中提出了一种地面试车实验用固液混合发动机，该发动机由喷注器压紧螺母、射流喷注器、前端盖、预燃室壳体和燃烧室壳体及补燃室壳体一体化、后端盖、喷管、喷管压螺组成，通过加工不同长度的发动机进行地面试车实验，通过多台发动机初步研究了固液混合发动机预燃室壳体、补燃室壳体长度对燃面退移速率和燃烧效率的影响。这种实验发动机多次启动可靠性低，且需加工多台不同尺寸的发动机方可研究发动机预燃室壳体、补燃室壳体长度对发动机特性的影响，这使得发动机结构可调性降低，实验成本较高。

Saffell R,Moser M.GOX/Methane Injector Effects on CombustionEfficiency[C]//Aiaa/asme/sae/asee Joint Propulsion ConferenceExhibit.2008,4952:1-9中提出了一种实验小型固液混合发动机，该固液混合发动机由射流喷注器、燃烧室壳体和喷管组成，将点火头从喷管塞入实现该发动机点火。

目前固液混合发动机存在以下缺陷：1.点火头从喷管塞入，因此无法实现多次点火启动。采用甲烷-氧气点火，增加了点火器复杂性，从而降低了固液混合发动机点火可靠性和安全性；2.发动机预燃室壳体、补燃室壳体与药柱段为一整体，无法在同一台发动机上更换不同长度的预燃室壳体、补燃室壳体，研究预燃室壳体、补燃室壳体长度对发动机燃烧特性影响时需加工多台不同尺寸的实验发动机，从而导致实验成本较高；3.通过螺杆连接，导致发动机装配复杂且气密性及可靠性降低；4.采用直流式射流喷注器，难以改变氧化剂进气方向，使得氧化剂与固体燃料掺混效率低下，燃烧仅在药柱较薄的边界层进行，从而导致燃烧效率较低且难以优化。为增加氧化剂雾化以及与药柱的掺混效果，常采用切向旋流进气，但该方法导致进气管路复杂，且占用空间较大，且难以精确控制进气螺旋角5.采用台阶面固定喷管，使喷管外轮廓的台阶面根部存在加工应力集中，导致发动机试车过程中喷管沿台阶面根部发生断裂。

发明内容

为克服现有技术中存在的结构复杂、可靠性和安全性低、燃烧效率较低且难以优化，以及喷管沿台阶面根部发生断裂的不足，本发明提出了一种地面试车实验用固液混合发动机。