[发明专利]一种液氧甲烷发动机及其多次点火方法

权利要求书

1.一种液氧甲烷发动机，其特征在于：包括燃料泵(1)、氧泵(5)、涡轮(6)、燃气发生器(2)以及推力室(3)，燃气发生器(2)和推力室(3)均连接燃料泵(1)和氧泵(5)，用于泵入燃料和液氧，其对应管路上分别设置有燃料阀和氧阀，所述涡轮(6)和燃料泵(1)、氧泵(5)同轴连接；

所述推力室(3)上设置有推力室等离子体点火器(4)、燃气发生器(2)上设置有发生器等离子体点火器(7)，推力室等离子体点火器(4)和发生器等离子体点火器(7)均连接有电源(8)；

所述推力室等离子体点火器(4)和发生器等离子体点火器(7)均设置有气体入口，用于连接高压气源(9)，所述高压气源用于提供气体工质，气体入口处设置有限流孔板；

所述电源(8)为推力室等离子体点火器(4)和发生器等离子体点火器(7)的启动和维持提供电能，并且用于检测电弧的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种液氧甲烷发动机，其特征在于：

所述高压气源(9)为液体发动机的控制吹除气源。

3.一种权利要求1或2所述的一种液氧甲烷发动机的多次点火方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.打开推力室等离子体点火器(4)，形成稳定火焰；

S2.控制燃料和液氧进入推力室(3)燃烧室，通过推力室等离子体点火器(4)的火焰将其点燃，产生高温燃气，经推力室(3)喷管喷出；

所述推力室等离子体点火器(4)的气体入口压力≥推力室(3)燃烧室的稳态压力；

S3.打开发生器等离子体点火器(7)，形成稳定火焰；

S4.控制燃料和液氧进入燃气发生器(2)燃烧室，通过发生器等离子体点火器(7)的火焰将其点燃，产生高温燃气驱动涡轮(6)运动，涡轮(6)带动同轴连接的氧泵(5)和燃料泵(1)高速旋转，对进入推力室(3)燃烧室和燃气发生器(2)燃烧室的燃料和液氧进行增压，推力室(3)燃烧室压力增加，产生高温高压燃气经推力室(3)喷管喷出，完成一次点火；

所述发生器等离子体点火器(7)的气体入口压力≥燃气发生器(2)燃烧室的稳态压力；

S5.重复S1-S4，进行多次点火，直至完成点火。

4.根据权利要求3所述的一种液氧甲烷发动机的多次点火方法，其特征在于：

S1具体为：

S1.1.控制气体工质进入推力室等离子体点火器(4)，在推力室等离子体点火器(4)的两个电极间形成稳定的冷气流场；

S1.2.在推力室等离子体点火器(4)的两个电极通电，提升电压使其大于10000伏，电弧等离子体利用电极间强电流放电，将气体工质冷流电离，产生等离子体火焰，持续放电使推力室等离子体点火器(4)出口形成稳定的火焰。

5.根据权利要求4所述的一种液氧甲烷发动机的多次点火方法，其特征在于：

S3具体为：

S3.1.控制气体工质进入发生器等离子体点火器(7)，在发生器等离子体点火器(7)的两个电极间形成稳定的冷气流场；

S3.2.在发生器等离子体点火器(7)的两个电极通电，提升电压使其大于10000伏，电弧等离子体利用电极间强电流放电，将气体工质冷流电离，产生等离子体火焰，持续放电使发生器等离子体点火器(7)出口形成稳定的火焰。

6.根据权利要求5所述的一种液氧甲烷发动机的多次点火方法，其特征在于：

S1.1中所述气体工质进入推力室等离子体点火器(4)和S3.1中所述气体工质进入发生器等离子体点火器(7)中气体工质的流量通过下式计算获得：

式中，q_m为气体入口的气体工质流量，单位kg/s；A为气体入口的流通面积，单位mm²；μ为流量系数；P_i为气体入口的压力，单位MPa；R_i为气体工质的气体常数，单位J/(kg·K)；T_i为气体入口的气体工质温度，单位K；k为气体工质绝热指数。