[发明专利]一种可变流量固液混合发动机

说明书

本发明一种可变流量固液混合发动机，属于固液混合发动机领域；包括氧化剂储箱、推力室、控制阀门、可调汽蚀文氏管，氧化剂储箱通过管路、可调汽蚀文氏管与推力室连通，实现向推力室输入氧化剂，并由管路上安装的控制阀门控制氧化剂的通断；可调汽蚀文氏管包括步进电机、固定法兰盘、文氏管压螺、文氏管入口接头、可调汽蚀文氏管壳体、汽蚀文氏管、针锥；通过步进电机控制针锥的轴向运动，改变针锥与汽蚀文氏管的喉径处的间隙，进而改变了氧化剂供给的流量，实现推力调节。本发明采用的可调汽蚀文氏管可以简单地实现大范围的流量调节。

技术领域

本发明属于固液混合发动机领域，具体涉及一种可变流量固液混合发动机。

背景技术

火箭发动机是火箭、导弹和各类航天器的动力系统，随着航天事业的发展，航天任务的内容和形式逐渐增加，特别是在航天器轨道机动、天地往返以及交会对接等领域，对火箭发动机的推力调节能力提出了更高的要求。由于在航天任务中一般需要进行长时间推力调节，因而发动机可靠性要求较高；同时受限于飞行器总体设计，系统安装空间往往不大，这也对推进系统提出了小型化的要求。

火箭发动机按照推进剂物理状态的不同，常分为固体火箭发动机、液体火箭发动机以及固液混合发动机等，它们均具有推力调节能力。其中固体发动机主要采用喉栓等结构调节喉部面积改变推力，但针栓热防护的问题较为突出，可靠性不高；液体火箭发动机通过控制阀门改变流量易于实现推力调节，但发动机结构复杂，难于实现小型化；固液混合发动机是一种氧化剂和燃料分开储存的火箭发动机，具有安全可靠性高、能量管理方便和可小型化等优点，易于通过调节流量来改变推力，在变推力动力系统领域有着广阔的应用前景。

固液混合发动机通常采用改变氧化剂质量流量的方法来实现变推力。期刊《FlowMeasurementInstrumentation》2014年文献“Application of variable areacavitating venturi as a dynamic flow controller”公开了一种使用可调汽蚀文氏管来调节氧化剂流量的方法，并研究了调节锥行程对文氏管性能的影响，结果表明当针锥的位置和上游压力确定时，文氏管能够对流量进行调节。但该装置的针锥易于磨损，需要经常拆卸更换，使用寿命较低。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可变流量固液混合发动机，采用可调汽蚀文氏管和控制阀门配合使用，实现氧化剂流量调节；并将氧化剂储箱的结构优化为球形。

本发明的技术方案是：一种可变流量固液混合发动机，包括氧化剂储箱、推力室和控制阀门，所述氧化剂储箱通过管路与推力室连通，实现向推力室输入氧化剂，并由管路上安装的控制阀门控制氧化剂的通断；其特征在于：还包括可调汽蚀文氏管，通过管路连接于控制阀门与推力室之间；

所述可调汽蚀文氏管包括步进电机、固定法兰盘、文氏管压螺、文氏管入口接头、可调汽蚀文氏管壳体、汽蚀文氏管、针锥；所述步进电机同轴安装于固定法兰盘上，其输出轴与针锥同轴连接；所述可调汽蚀文氏管壳体为一端设置有法兰盘的柱状结构，沿中心线开有阶梯通孔，其法兰盘一端的孔内通过螺纹安装有文氏管压螺，另一端通过螺纹安装有汽蚀文氏管，汽蚀文氏管的出口通过管路与推力室入口连通，作为氧化剂的输出通道；可调汽蚀文氏管壳体的侧壁上沿径向开有与阶梯通孔连通的通气孔，通气孔的出口通过文氏管入口接头、管路与氧化剂储箱连通，作为氧化剂的输入通道；所述针锥同轴依次穿过文氏管压螺、可调汽蚀文氏管壳体的中心通孔，然后插入汽蚀文氏管中心孔的喉径处，通过步进电机驱动所述针锥往复运动，改变针锥与汽蚀文氏管的喉径处的间隙，进而改变了氧化剂供给的流量，实现推力调节。