[实用新型]一种可回收液体火箭发动机的多次起动系统

说明书

本实用新型公开了一种可回收液体火箭发动机的多次起动系统，主要包括推进剂管路、增压气体管路、压力容器、推力室点火器、发生器点火器、涡轮泵起动器、推力室、燃气发生器和涡轮泵；推进剂管路连接至压力容器的推进剂加注口；增压气体管路连接至压力容器的增压入口；压力容器的出口连接三条支管路，分别为：经推力室点火器连接推力室、经发生器点火器连接燃气发生器、经涡轮泵起动器连接涡轮泵。本实用新型的多次点火起动系统的控制简单、可靠、系统整体质量小、维护方便，可以实现液体火箭发动机多次起动需要推力室和发生器多次点火，涡轮泵多次起旋。满足火箭减速和着陆控制，实现火箭回收再利用。

技术领域

本实用新型属于液体火箭发动机技术领域，具体涉及一种可回收液体火箭发动机的多次起动系统。

背景技术

液体火箭发动机是液体运载火箭及航天器的主要动力装置，具有性能高、推力大、适应性强、技术成熟等优势。

现今液体火箭发动机多采用了液氢/液氧、液氧/甲烷、液氧/煤油这类无毒推进剂，但这类推进剂组合属于非自燃推进剂，在发动机起动过程中需要利用点火装置将进入燃烧室和燃气发生器的推进剂点燃。成熟型号中广泛采用的推力室和发生器点火装置包括火药点火器、火炬点火器、自燃点火剂等，主要特点分别如下：

采用火药点火器实现一次点火功能，通过并联多个火药点火器的方式可以实现多次起动。这种方式的缺点是火药点火器为一次性产品，无法多次重复使用，且生产成本较高，另外增加点火器数量后占用总装空间较大，对总装空间要求高，从而限制了多次起动的次数。

火炬点火器由点火室、喷嘴和火花塞构成。火花塞点燃进入点火室的少量推进剂，生成高温燃气流(火炬)进入主燃烧室，点燃主流推进剂。火炬式点火器通常设置于喷注器中央，可以采用气体或液体介质。火炬点火器容易实现多次点火，但点火室的介质供应系统相对复杂，需增设火炬式点火器的供应管路、控制管路、火花塞电气系统。

自燃点火剂采用三乙基铝和三乙基硼的混合物，可在液氧与气氧介质中可靠点火。该点火剂常用于液氧/煤油发动机，采用膜片密封的形式预置于煤油管路中，煤油充填过程中液体压力冲破膜片并推挤点火剂，进入燃烧室遇氧点火。点火剂的冰点约-52℃，用于液氢/液氧、液氧/甲烷发动机时不能采用在燃料管路中预存的办法，可以单独配一套挤压供应装置与管路，直接挤入燃烧室中。一方面，由于三乙基铝具有强烈的刺激和腐蚀作用，主要损害人体呼吸道和眼结膜，高浓度吸入可导致肺水肿；另一方面，三乙基硼在空气中可以自燃，具有高毒和强腐蚀性。因此自燃点火剂的安全管理要求较高，使用维护麻烦。

但以上液体火箭发动机采用的点火方案都只适用于一次点火起动。

为降低火箭发射成本，要求液体火箭具备可回收能力。可回收火箭技术要求用于液体火箭的液体火箭发动机具备3-4次重复起动能力，以便满足火箭减速和着陆控制的要求。多次起动发动机的起动环境条件为高真空和微重力(失重)，所以必须保证高真空下点火可靠，并需在惯性滑行期间对贮箱内的推进剂进行管理。

多次起动液体火箭发动机通常采用强迫起动的方式，能够满足多次点火起动条件，即通过外部能源使涡轮泵起旋。强迫起动方式的液体火箭发动机，涡轮泵起动到一定工况后再给发生器点火，从而加快起动速度，同时保证起动一致性。按照外部能源分类，强迫方式的起动器包括固体起动器、气体起动器、液体起动器，主要特性如下：

固体起动器采用火药药柱产生高温燃气驱动涡轮，并联或串联多个药柱便能实现多次起动，但起动次数依赖于药柱的数量，受到空间布局的限制。

气体起动器使用高压气体驱动涡轮。起动次数取决于气瓶容积或个数，配置大流量减压器可更充分地利用气瓶介质。推力室采用低温冷却剂的发动机可以将冷却套出口的气体充灌气瓶用于下次起动。对于推力量级较大的火箭发动机，需要的气瓶容积较大。