[发明专利]一种电涡轮增压的固液火箭发动机输送系统及其控制方法

说明书

本申请实施例提供一种电涡轮增压的固液火箭发动机输送系统及其控制方法。输送系统包括：用于贮存推进剂的贮箱；增压机构，包括离心泵、涡轮、电机，离心泵入口与贮箱连通，离心泵出口与燃气发生器和发动机的燃烧室连通，涡轮与离心泵连接，电机与离心泵连接；电机控制器，与电机电连接，用于控制电机驱动所述离心泵转动。通过电机辅助涡轮实现低工况下快速响应，高工况下能量回收，且能避免输送系统耦合震荡，使涡轮的控制更简单灵活。

技术领域

本申请涉及固液火箭发动机技术领域，具体而言，涉及一种电涡轮增压的固液火箭发动机输送系统及其控制方法。

背景技术

随着航天科技的不断发展，大机动、快响应是先进飞行器的一类发展方向，对推进系统提出了可变推、轻量化和快响应等更高的要求。固液火箭发动机将固态推进剂组元与液态推进剂组元分别贮存在燃烧室与贮箱内，可以兼顾固体和液体两种动力系统简单和可控的优点。对推力的调节和开关机的控制可以通过改变液态组元流量来完成，安全性高、可控性好，这是固体火箭发动机无法达到的优势；同时只需要设计和安装一种推进剂组元的管路，与液体火箭发动机相比可以节省一半的管路。因此，固液火箭发动机是当前火箭动力装置的一个重要的研究方向。

为了提高固液火箭发动机的性能，实现大范围推力调节，需要对其推进剂输送系统进行优化设计。固液火箭发动机输送系统按工作方式可分为挤压式供应系统和泵压式供应系统。挤压式系统相对结构简单，利用高压气瓶为贮箱提供给定的压力，但其拥有明显的缺点：推进剂的贮箱以及气瓶均包含在高压系统之内，这使得贮箱的厚度增加，导致发动机整体质量的增大，为了避免贮箱质量过高，挤压式系统中燃烧室不能达到高压力，性能会有一定降低。同时挤压式输送系统采用减压器对压力进行调节和控制，调节的精度相对较低，同时实时调节难度较大，在供给氧化剂的过程中，存在较长时间的管路填充过程，因此系统的响应时间也较长。泵压式系统不需要在贮箱内完成氧化剂组元的增压，贮箱压力显著降低，降低了贮箱的质量，也能够提高燃烧室的压力。

泵压式常用涡轮泵输送系统，在针对大范围变工况工作需求中，存在低工况区，涡轮效率极低，增压迟滞现象，并且涡轮驱动的增压泵倾向于会在低流量范围内失速的情况，较难完成先进航天器飞行任务。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种电涡轮增压的固液火箭发动机输送系统及其控制方法，用以解决涡轮泵输送系统，在针对大范围变工况工作需求中，存在低工况区，涡轮效率低，低流量范围内涡轮失速，增压迟滞，较难完成先进航天器飞行任务的技术问题。

本申请实施例提供了一种固液火箭发动机输送系统，包括：用于贮存推进剂的贮箱；增压机构，包括离心泵、涡轮及电机，所述离心泵与所述贮箱连通，用于将所述推进剂输增压送至所述发动机的燃烧室，所述涡轮与所述离心泵连接，燃气发生器用于与所述推进剂发生反应产生气体驱动所述涡轮转动以带动所述离心泵转动，所述电机与离心泵传动连接；电机控制器，与所述电机电连接，用于控制所述电机驱动所述离心泵转动。

本申请实施例，通过增加电机和控制器，电机辅助涡轮配合驱动离心泵来对贮箱流出的液体进行增压，极大地改善了离心泵及整个发动机系统的响应性能。

在一些实施例中，所述燃气发生器与所述离心泵的出口通过第一管路连通，在所述第一管路上设置有第一控制阀；控制装置与所述第一控制阀电连接，其中，所述控制装置被配置为：响应于所述离心泵启动模式指令或者响应于所述离心泵低功率模式指令，控制所述第一控制阀关闭、以及向所述电机控制器发送启动信号，使所述电机控制器控制所述电机通电以驱动所述离心泵转动。

在一些实施例中，还包括：电池，与所电机控制器连接；所述控制装置被配制为：响应于所述离心泵高功率模式指令，向所述电机控制器发送发电信号，使所述电机控制器控制所述电机将转动产生的交流电经由所述逆变器转变为直流电存储于电池中。