[发明专利]火箭底部热防护面板、液体火箭底部热防护系统及方法

说明书

本发明涉及运载火箭热防护领域，具体提供了一种火箭底部热防护面板、液体火箭底部热防护系统及方法。火箭底部热防护面板，设于火箭底部，包括：内壁板，位于靠近待防护物的一侧；外壁板，位于靠近高温环境的一侧，内壁板和外壁板之间填充有导热介质，导热介质用于与外壁板换热；和冷却管路，设于内壁板和外壁板之间，且冷却管路外部由导热介质包裹，其内部具有流通的冷却介质，用于与导热介质换热。本发明的热防护结构采用主动冷却，热防护效果相较传统被动式防护更好，且利用高效导热和主动冷却的结合提高换热效率，以较少管路实现热防护结构的高效冷却。

技术领域

本发明涉及运载火箭热防护领域，具体涉及一种火箭底部热防护面板、液体火箭底部热防护系统及方法。

背景技术

运载火箭底部由于火箭发动机喷流产生的气动加热和辐射加热，为保护火箭底部的发动机管路和电气设备等，需要对火箭底部采取热防护措施。现有的一次性使用火箭的底部一般采用玻璃钢、柔性高温绝热布等复合材料制成热防护结构。可重复使用的火箭在返回再入过程中受到大气气动加热和喷流加热双重影响，热环境明显高于传统的一次性使用运载火箭，底部热防护面临着巨大的技术挑战。

传统的被动式热防护是利用材料烧蚀原理或者材料本身的耐高温、低热导率的特性实现的，而烧蚀类材料在再入过程的高热流、高动压条件下会出现严重的烧蚀、剥蚀问题，为满足再入段热防护性能，需要提高热防护结构的厚度，因而带来重量的大大提升，且每次返回后需要对热防护层进行更换，无法实现可重复使用。而高性能的非烧蚀耐高温材料(例如新型的C/SiC、C/C、超高温陶瓷等)加工难度大，成本很高，存在损伤容限小、脆性较大等问题，在重复使用条件下容易损坏。因此可重复使用运载火箭迫切需要一种可重复使用性好、轻质高效的热防护结构。

发明内容

为解决传统火箭底部被动式热防护结构的热防护效率低，易出现烧蚀、剥蚀，同时成本高、重复使用能力差的技术问题，本发明提供了一种主动冷却且防护效果好的火箭底部热防护面板。

同时，为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用推进剂对火箭底部进行主动冷却的液体火箭底部热防护系统。

再有，为解决上述技术问题，本发明提供了一种推进剂对火箭底部进行主动冷却的液体火箭底部热防护方法。

第一方面，本发明提供了一种火箭底部热防护面板，包括：

内壁板，位于靠近待防护物的一侧；

外壁板，位于靠近高温环境的一侧，所述内壁板和所述外壁板之间填充导热介质，所述导热介质用于与所述外壁板换热；和

冷却管路，设于所述内壁板和所述外壁板之间，且所述冷却管路外部由所述导热介质包裹，其内部具有流通的冷却介质，用于与所述导热介质换热。

所述冷却管路包括均布在所述内壁板和所述外壁板之间的多条冷却剂流道，所述冷却管路的入口端和出口端均设有集液器，所述集液器连通多条所述冷却剂流道。

多条所述冷却剂流道围绕火箭发动机呈环形依次设置。

所述冷却管路位于靠近所述外壁板的一侧。

所述导热介质包括高导热碳/碳、高导热石墨中至少之一。

第二方面，本发明提供了一种液体火箭底部热防护系统，包括：

上述的火箭底部热防护面板，冷却管路的入口端连接至推进剂输送管路，所述推进剂输送管路向所述冷却管路内输送推进剂，所述推进剂作为所述冷却管路内的所述冷却介质。

所述冷却管路的出口端连通至推力室冷却系统，所述推进剂与所述导热介质换热后，流通至所述推力室冷却系统对推力室进行冷却。

所述冷却管路的出口端连通至燃烧系统，所述推进剂与所述导热介质换热后，流通至所述燃烧系统参与燃烧。