[发明专利]一种推力可控的多脉冲固体火箭发动机

说明书

本发明公开了一种推力可控的多脉冲固体火箭发动机，包括燃烧室、控制系统、电源。燃烧室由电控固体推进剂、电极、燃烧室壳体、传感器、喷管等组成。电控固体推进剂是一种具有电控效应的钝感推进剂，通电即燃烧、断电即熄灭。电控固体推进剂或电极与传动装置相耦合，可以改变电控固体推进剂与电极的相对位置。当电极均与电控固体推进剂接触时，电控固体推进剂通电燃烧，某根或多根电极不与电控固体推进剂接触时，燃烧熄灭。本发明省去了火箭发动机的点火装置，能精确控制电控固体推进剂的燃速和燃烧所消耗的电控固体推进剂的质量，安全性高，能实时控制发动机的推力并重复启动，在需要实时控制推力的多脉冲火箭发动机领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于固体火箭发动机领域，特别是涉及一种推力实时可控、可重复启动的多脉冲固体火箭发动机。

背景技术

固体火箭发动机相对于液体火箭发动机来说，具有结构简单、使用方便、相对便宜、稳定性好、易储存、质量比高、可靠性高、能量密度高、容易运输等特点，但是并不能像液体火箭发动机或固液混合火箭发动机那样能够重复启动并实时控制推力，极大地限制了其应用范围。虽然可以采用一些方式来控制固体火箭发动机的推力，如改变推进剂药柱的形状、改变不同位置推进剂的燃速，但是这些方式都按照既定的推力曲线工作，并不能实时控制推力。有些固体火箭发动机通过调节喷管喉部面积、控制推进剂质量燃速等来实时改变推力，或者通过降压熄火、喷射液体熄火、喷射固体灭火剂熄火等方式使发动机熄火，但是这些方式的操作都很复杂，效果有限。此外，传统固体火箭发动机所用的大部分推进剂包括高氯酸铵类复合固体推进剂、双基推进剂、NEPE推进剂等均具有较高的环境敏感性，在存储、运输、维护及使用中可能遇到各种意外激励导致其着火燃烧甚至爆炸，引发严重的安全事故，因此对各种环境条件的要求较高。

电控固体推进剂的应用克服了固体火箭发动机不能实时控制推力且不能重复启动的障碍，其组分具有特殊的电化学特性，当电控固体推进剂接通电源，通入一定的电压或电流时即开始燃烧，断电立即熄灭，重新接通电源后，又可以再次点燃，可以如此实现点火与熄火的循环，并可采用一些方法控制其燃速，从而实时控制固体火箭发动机的推力并可重复启动。实验表明，电控固体推进剂对火焰、冲击、电火花等不敏感，是一种钝感推进剂，其制造过程也绿色环保、对环境友好，其燃烧产物主要是N₂、H₂O、CO₂，安全无毒，因此在生产制造、存储、运输、维护和使用过程中均很安全。

现有技术中，采用电极与电控固体推进剂直接接触，通过电源控制模块控制通入其中电流的通断来控制电控固体推进剂的点燃与熄灭以实现发动机的重复启动，并通过改变输入其中电功率的大小来改变其燃速。由于电控固体推进剂的电阻率在工作工程中受电场、温度、压强、电解、燃烧周期等的影响会变化很大，其内部的电流密度的变化特别复杂，很难确定电控固体推进剂达到某一燃速所需的电流或电压，难以精确控制发动机的推进。此外，为了保证ECSP能够顺利熄火并重新燃烧，需要在某一电极上覆盖一层绝缘薄膜，只有在端面裸露出一部分使电极与电控固体推进剂直接接触，当ECSP向下燃烧时，绝缘薄膜会随着推进剂一起燃烧。这种方案采用的绝缘层的燃速与电控固体推进剂的燃速很难匹配，绝缘层的燃速相对固定，电压较高时，燃烧得比电控固体推进剂慢，阻止电控固体推进剂进一步燃烧，在低电压下，可能燃烧有残留，也会阻碍电控固体推进剂进一步燃烧，使电控固体推进剂很难保持较好的燃烧水平。

现有技术还采用电极只在燃烧端和电控固体推进剂药柱接触，通过进给装置来保证电极与电控固体推进剂持续接触，也通过电源控制模块改变通入其中的电功率来实现ECSP的点火、燃速控制、熄火的循环。这种方法除了很难确定电控固体推进剂达到某一燃速所需的电功率之外，还很难保证在电控固体推进剂燃烧的过程中，电极与电控固体推进剂持续均匀接触。

发明内容

本发明提供了一种推力实时可控的多脉冲固体火箭发动机，通过控制其内部电控固体推进剂的燃烧，能够实时、精确地控制推进。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的：