[发明专利]一种镁凝胶二氧化碳发动机

说明书

本发明公开了一种镁凝胶二氧化碳发动机，包括喷注器、燃烧室、连接外套和喷管；辅助雾化气接头安装在喷注器上方；液体推进剂接头安装在喷注器小直径圆柱侧壁处；气体推进剂接头沿周向均匀分布在喷注器大直径圆柱的侧壁处；燃烧室通过法兰同轴固定在喷注器下方；喷管同轴置于连接外套内，并由连接外套的法兰端与燃烧室同轴相连；使镁凝胶推进剂先在喷注器内与辅助雾化气内混，然后与氧化剂气体一同以旋流的方式从喷嘴喷入燃烧室，经高能火花塞点火燃烧后形成的两相流燃气从喷管喷出；有效实现镁凝胶与二氧化碳的掺混燃烧；从喷嘴盘喷出的高速旋转涡流能阻止高温燃气与壁面接触，能有效改善燃烧室侧壁面的温度上升。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机设计领域，具体涉及一种镁凝胶二氧化碳发动机。

背景技术

如今在火星探测的热潮下，世界上不少国家都展开了各种用于火星探测器，乃至未来载人登火的动力系统预研，我国也相继推出了用于火星探测器的动力系统预研项目，以期实现未来火星探测的采样返回和载人登火的目标。

地球距火星十分遥远，相对距离在几千万到几亿公里不等，是与月球探测有着质的区别，保障登火系统的顺利着陆及未来采样返回等对动力系统提出了苛刻的要求。目前的火星探测器发动机大多采用自燃推进剂组合，需在出发时携带所有氧化剂和燃料，没有充分利用火星资源。在火星大气中二氧化碳的占比最高，达95％，由于大气稀薄，并且昼夜温差大，环境条件恶劣，对推进系统提出了严峻挑战；此外，火星还拥有较大的重力，在探测器减速或上升的过程中，需携带大量推进剂供给推进系统，对于花费了巨大成本的远距行星飞船来说，降低了飞船的有效载荷，因而迫切需要开发可以利用火星大气资源的新型发动机。

凝胶燃料发动机在航空、航天推进领域均有广泛的应用；凝胶推进剂与传统液体推进剂相比，能长期存储，泄露量少且在储箱中不易晃动。将高热值的镁颗粒作为高能燃料，以悬浮物的形式大量弥散在有机溶剂中，形成一种新型的镁凝胶推进剂，与纯金属粉末推进剂相比，其又具有某些液体推进剂的特性，比如更易实现推力调整，燃料输送更为稳定，能保证多次启动等，应用前景较好。含镁颗粒凝胶推进剂利用火星大气中的二氧化碳作为氧化剂，为飞行器提供动力，实现原位资源利用(ISRU)，提升飞行器的有效载荷。由于含金属颗粒的凝胶推进剂的粘度极大，体现出非牛顿流体性质，采用传统喷嘴对其进行雾化，会面临雾化细度不足、喷嘴堵塞、颗粒沉降等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁凝胶二氧化碳发动机，采用内外混旋流气泡雾化的方式增强对含金属悬浮物凝胶推进剂的雾化效果，并采用燃烧室和耐热锥形喷管，保证两相燃烧的充分性和流动的均匀性。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种镁凝胶二氧化碳发动机，包括从上向下依次同轴连接的喷注器、燃烧室、连接外套；所述喷注器上端同轴的固连有内针栓，内针栓位于喷注器上端的空腔内，与喷注器之间形成环形的预混通道，预混通道用于混合形成初始泡状流；所述内针栓底部沿径向均布有多个与预混通道连通的针栓孔，以流通辅助雾化气体；所述内针栓顶部设有辅助雾化气接头用于接通辅助雾化气；所述喷注器径向连接有液体推进剂接头，液体推进剂接头与预混通道连通；

所述预混通道下端设有圆环结构，圆环结构内腔内设有依次固连的中心体和旋流器；所述中心体与圆环结构之间设有与预混通道连通的环形槽；旋流器与圆环结构之间设有与环形槽连通的整流腔；所述旋流器下端中心设有旋流室，旋流室正对喷嘴盘的中心通孔，中心通孔用于流通镁凝胶气泡悬浮液；所述喷注器底座沿径向均布多对气体推进剂接头；所述气体推进剂接头与圆环结构外部的环形空腔连通，用于接通二氧化碳；

所述喷嘴盘固定在喷注器底座下端；所述喷嘴盘以中心通孔为中心沿周向均布有多个切向的气体通孔，所述气体通孔与环形空腔连通；所述中心通孔连通燃烧室；所述连接外套内同轴的设有喷管。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：