[发明专利]双组元氧化亚氮发动机

说明书

本发明提供了一种双组元氧化亚氮发动机。该双组元氧化亚氮发动机包括：推力室，所述推力室包括相互连通的分解室和燃烧室，所述分解室的容积小于所述燃烧室的容积，所述分解室内放置有催化剂，所述燃烧室上设置有第一推进剂入口和第二推进剂入口；加热装置，所述加热装置用于对所述分解室内的催化剂进行加热。本发明的双组元氧化亚氮发动机可用于安装在火箭、卫星、航天器等中，并用于控制其轨道或姿态控制的动力系统，并且该推进剂可以在常温、低温下储存，从而能够降低并最终消除液体推进剂的毒性，并提高发动机的低温环境适应性。

技术领域

本发明涉及动力设备技术领域，具体而言，涉及一种双组元氧化亚氮发动机。

背景技术

近来自增压的火箭推进剂越来越受到研究人员兴趣。具体来说，氧化亚氮作为一种用于火箭自增压液体氧化剂。氧化亚氮在室温下具有大约730psi（5.03Mpa）的饱和蒸气压（PV）。氧化亚氮的一些重要热力学性质见表1。这使得氧化亚氮成为一种有吸引力的火箭动力系统推进剂，因为它可以从贮箱中排出，而不需要复杂的增压系统或涡轮泵(因此称为自增压)。氧化亚氮易存储，相对无毒，易于控制。因此，对于目前发射系统中通常使用的传统的氧化剂和单组元推进剂（如液氧（LOX）、四氧化二氮（N₂O₄）、肼（N₂H₄）），它通常被认为是一种安全的替代品。

表1 N₂O的重要热力学性质

然而，应该指出，与所有推进剂一样，氧化亚氮的使用也有其相关的风险，因此应始终加以考虑。具体来说，氧化亚氮分解属于放热反应。在某些情况下，连续分解反应会导致压力容器压力升高导致爆炸。这类爆炸过去曾在火箭动力系统中发生过，甚至造成人员死亡。然而，在适当预防措施和控制的情况下，可以安全地使用氧化亚氮作为火箭推进剂。

用于控制卫星轨道或姿态控制等的常规发动机可分为单组元发动机(使用单一推进剂)和双组元发动机(使用含有氧化剂和燃料的推进剂)。

图1显示了常规双组元发动机示意图。该发动机1通过将例如肼(N₂H₄)或甲基肼（MMH），氧化剂如氧化亚氮（N₂O₄）分别通过电磁阀2，电磁阀5输送到燃烧室3，使燃料与氧化剂在燃烧室3中掺混、燃烧，产生高温燃气，从发动机1喷管喷出，产生推力。

上述常规发动机使用剧毒推进剂。因此，由这些发动机组成的动力系统在地面上工作时，环境保护和安全处理是必不可少。目前世界各国研究人员一直致力于开发能够使用低毒性或无毒性推进剂液体发动机。

此外，目前肼是用作卫星和航天器姿态控制单组元发动机主流推进剂，该推进剂具有高冰点（约1℃）的问题。当卫星或航天器在低温空间环境中使用时，必须对整个推进剂供给系统提供加热或者隔热装置，防止在低温环境中肼结冰，使得发动机工作失效。

氧化亚氮可以很好解决上述问题，并且氧化亚氮可以与很多烃类燃料反应，例如乙醇、甲烷、丙烷等。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双组元氧化亚氮发动机，能够降低并最终消除液体推进剂的毒性，并提高动力系统的低温环境适应性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双组元氧化亚氮发动机，包括：推力室，所述推力室包括相互连通的分解室和燃烧室，所述分解室的容积小于所述燃烧室的容积，所述分解室内放置有催化剂，所述燃烧室上设置有第一推进剂入口和第二推进剂入口；加热装置，所述加热装置用于对所述分解室内的催化剂进行加热。

进一步地，所述加热装置为电加热装置。

进一步地，所述加热装置包括：加热器，所述加热器套设在所述分解室的外周；供电线圈，所述供电线圈用于对所述加热器供电。