[发明专利]一种发动机推进剂自平衡排放装置及其设计方法

权利要求书

1.一种发动机推进剂自平衡排放装置及其设计方法，其特征在于，所述装置和设计方法包括：

氧化剂排放管(1)与燃料排放管(4)分开单设，引自发动机泵系统出口；

所述氧化剂排放管(1)的一端采用堵盖(2)、所述燃料排放管(4)的一端采用堵盖(5)分别封堵、两侧对开平衡孔(3、6)结构，实现排出介质产生推力的自平衡；

排放管平衡孔(3、6)方向应垂直于排放管(1、4)与箭体轴线所在平面，且120°锥角范围内没有或减少遮挡物；

安装布局要求，单发动机状态，开有平衡孔(图2b中Φe、图2c中Φd)的末段排放管轴线与箭体纵轴形成的平面与箭体俯仰轴、偏航轴所在平面呈45°夹角，将不平衡力分摊在俯仰、偏航两个方向，降低克服干扰的难度，见图3；

双发动机状态下，当两台发动机位于箭体I-Ⅲ基准偏航轴上时，开有平衡孔(图2b中Φe、图2c中Φd)的末段排放管轴线与箭体纵轴形成的平面位于偏航轴所在平面，排放力大或出口遮挡物多的推进剂排放管(图2b)靠近箭体纵轴以减小力臂，降低潜在干扰，见图4。

2.一种如权利要求1所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：根据发动机再次起动排放要求，设计推进剂排放参数和管路结构；

步骤2：根据发动机布局，设计推进剂排放管路走向和安装布局；

步骤3：根据推进剂排放管路结构尺寸和布局走向，设计自平衡开孔尺寸及方向；

步骤4：分析推进剂排放过程介质物态变化，确认自平衡孔是否会产生堵塞情况；按照自平衡开孔一侧发生推进剂汽化极速降温造成“冰堵”极端工况，仿真分析干扰力矩，与姿控喷管控制力矩进行对比，确定姿态稳定裕度。

3.如权利要求2所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，所述步骤1包括：根据发动机再次起动前推进剂排放量的要求，所述要求包括氧化剂21kg、燃料7kg，结合排放介质压力0.4MPa，确定排放时间为12s、排放管尺寸为氧化剂内径燃料

4.如权利要求2所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，所述步骤2包括：对于一台发动机布局状态，排放管出口轴线与箭体纵轴形成的平面与箭体俯仰轴、偏航轴所在平面呈45°夹角；上述布局设计能够将自平衡后剩余不平衡力分摊在俯仰、偏航两个方向，降低克服干扰的难度，增加稳定裕度。

5.如权利要求2所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，所述步骤2包括：对于两台发动机状态，设定两台发动机位于箭体I-Ⅲ基准偏航轴上，排放管出口轴线与箭体纵轴形成的平面位于偏航轴所在平面，同时将排放力大或出口遮挡物多的推进剂组元的排放管靠近箭体纵轴以减小力臂，降低可能的干扰，增加稳定裕度。

6.如权利要求2所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，排放管末段轴向与箭体轴线夹角呈45°。

7.如权利要求2所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，所述步骤3包括：排放管出口采用端头封堵两侧对开平衡孔结构，平衡孔开孔直径按照管路内径的70％～80％，确定为氧化剂燃料总流通面积不低于排放管流通面积。

8.如权利要求2所述的发动机推进剂自平衡排放装置的设计方法，其特征在于，设计应满足排放管介质排出口120°锥角范围内没有或减少遮挡物，排出口方向应垂直于排放管与箭体轴线所在平面。