[发明专利]火星上升飞行器用固液混合发动机及方法

权利要求书

1.一种火星上升飞行器用固液混合发动机，包括推力室；其特征在于：还包括和所述推力室连接的氧化剂供给系统和推力矢量控制系统；

所述氧化剂供给系统包括氧化剂储箱(1)、挤压式氧化剂供给子系统和泵压式膨胀循环氧化剂供给子系统；所述氧化剂储箱(1)设置于推力室上方，所述挤压式氧化剂供给子系统通过挤压的方式向推力室输入氧化剂，先利用挤压式氧化剂供给方式，使发动机推力室快速建压，达到稳定工作状态，而后转为泵压式氧化剂供给方式，泵压式膨胀循环氧化剂供给子系统通过膨胀循环向推力室输入氧化剂；

所述挤压式氧化剂供给子系统包括高压氦气储箱(5)、增压管路(28)和挤压供给管路(29)；多个高压氦气储箱(5)设置于推力室的外围，其出口通过管道相互连通，并通过增压管路(28)与氧化剂储箱(1)连通；所述增压管路(28)的出口伸入氧化剂储箱(1)内，并延伸至氧化剂储箱(1)的内部上方，用于将高压氦气储箱(5)内的氦气通入氧化剂储箱(1)的内部上方，给于氧化剂向下的压力；氧化剂储箱(1)的输出口通过挤压供给管路(29)与推力室连通，将挤压输出的氧化剂输入推力室，与燃烧室内的石蜡燃料(11)燃烧；

所述泵压式膨胀循环氧化剂供给子系统包括涡轮泵(2)、第一冷却循环管路(31)、涡轮泵排气管路(33)、第一泵压供给管路(34)、第二冷却循环管路(41)、第二泵压供给管路(35)；所述第一冷却循环管路(31)的上端与氧化剂储箱(1)连通，下端与推力室的喷管夹层连通，将氧化剂输入到喷管夹层内；所述第二冷却循环管路(41)的上端与涡轮泵(2)连通，下端与推力室的喷管夹层连通，将经由喷管夹层加热后的氧化剂输入涡轮泵(2)，涡轮膨胀做功，驱动涡轮泵(2)工作；所述涡轮泵(2)设置于推力室的上方，入口通过第一泵压供给管路(34)与氧化剂储箱(1)连通，出口通过第二泵压供给管路(35)与推力室连通；涡轮泵(2)被启动后将氧化剂输入至推力室，与燃烧室内的石蜡燃料(11)燃烧，同时，驱动涡轮泵工作的氧化剂通过涡轮泵排气管路(33)进入燃烧室参与燃烧；

所述推力矢量控制系统包括矢量控制流量调节器(27)、推力矢量控制管路(30)和二次流管路(32)；所述推力矢量控制管路(30)的上端与氧化剂储箱(1)连通，下端与二次流管路(32)连通，多个所述二次流管路(32)沿周向设置于推力室喷管的扩张段外围，并与推力室喷管的扩张段沿周向开设的多个喷射口连通，通过开闭不同二次流管路(32)上的控制阀，调节进入喷管扩张段的氧化亚氮流量大小，实现推力矢量控制和上升器姿态的调整。

2.根据权利要求1所述火星上升飞行器用固液混合发动机，其特征在于：所述推力室包括硼/硝酸钾点火器(3)、推力室壳体(6)、再生冷却喷管(7)、喷注器(8)、前燃烧室(9)、前燃烧室绝热层(10)、石蜡燃料(11)、燃烧室(12)、燃烧室绝热层(13)、后燃烧室绝热层(14)、后燃烧室(15)；在前燃烧室处布置有2个硼/硝酸钾点火器(3)；喷注器(8)采用水力损失小的多孔直流式喷注器；前燃烧室(9)进一步将氧化剂雾化分散，在前燃烧室(9)壁面处安装有前燃烧室绝热层(10)，对推力室壳体(6)进行热防护；燃烧室(12)的外周面包覆有燃烧室绝热层(13)和推力室壳体(6)，石蜡燃料(11)置于燃烧室内，其低温力学性能能够适应火星表面温度环境；为提高燃烧效率，设计有后燃烧室(15)，在后燃烧室壁面处安装有后燃烧室绝热层(14)；喷管采用再生冷却喷管(7)，其外壁是由双层壁构成的夹层结构，利用液体氧化亚氮在夹层内的对流冷却实现喷管热防护。

3.根据权利要求2所述火星上升飞行器用固液混合发动机，其特征在于：推力室前端盖(4)安装于推力室上端，其上安装有2个硼/硝酸钾点火器(3)，用于实现发动机点火。