本專利發(fā)明屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用液體氧化劑和固體燃料，結(jié)構(gòu)上兼?zhèn)淞艘后w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的共同特點(diǎn)，具有安全性好、容易進(jìn)行推力調(diào)節(jié)、藥柱穩(wěn)定性好、環(huán)保性好、易關(guān)機(jī)和重新啟動(dòng)、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于探空火箭、姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)、變推力發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。

同時(shí)，固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)也存在裝填密度低、燃燒效率低、氧燃比會(huì)發(fā)生變化的缺點(diǎn)。

根據(jù)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力可以通過(guò)改變推進(jìn)劑組合、推進(jìn)劑流量、噴管出口面積和噴管喉部面積等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是由于物理限制，對(duì)推進(jìn)劑組合和噴管出口面積進(jìn)行控制和調(diào)整非常困難，而且由于熱流很高，噴管喉部面積也難以改變。因此，改變推進(jìn)劑的流量是調(diào)節(jié)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力最常用的方法。

現(xiàn)有的變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)氧化劑的流量來(lái)進(jìn)行推力調(diào)節(jié)。這樣的調(diào)節(jié)方式需要在系統(tǒng)中設(shè)置額外的流量調(diào)節(jié)裝置，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。而且變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在推力調(diào)節(jié)過(guò)程中，氧化劑流量發(fā)生大范圍變化時(shí)，為了將噴注壓降控制在合理范圍內(nèi)，還需要采用獨(dú)特的噴注技術(shù)，這也會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時(shí)降低可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明專利提出一種分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，能做到穩(wěn)定、精確變推力。

本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，包括由前至后依次同軸相連的發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋、燃燒室殼體與噴管殼體；燃燒室殼體內(nèi)安裝有藥柱。藥柱為分段端燃藥柱，由至少n段藥柱組成，n為正整數(shù)，n＞1；各段藥柱上開(kāi)有沿軸向涉及的相互連通的噴注孔。

由此，通過(guò)改變各段藥柱的噴注孔孔徑來(lái)控制氧燃比，進(jìn)而控制推力；且通過(guò)改變各段藥柱的長(zhǎng)度來(lái)控制每段藥柱所提供推力下的工作時(shí)間。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，只改變固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的裝藥形式，不需要對(duì)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)做重新設(shè)計(jì)；

2、本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比，不需要在工作過(guò)程中改變氧化劑的流量，降低了輸送系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了可靠性；

3、本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，端燃發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中的燃燒面積和氧燃比保持恒定，藥柱端面整體退移；在氧化劑流量恒定的情況下，只要控制好不同段藥柱的長(zhǎng)度和噴注孔的直徑就能做到穩(wěn)定、精確變推力；

4、本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，在裝藥設(shè)計(jì)上，采用端面燃燒裝藥藥形，可以提高藥柱的裝填分?jǐn)?shù)、減小發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)細(xì)比、維持燃燒過(guò)程中氧燃比的穩(wěn)定，并且可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的余藥質(zhì)量；

5、本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，保持端面燃燒的狀態(tài)，由于燃燒區(qū)域遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)頭部和閥門(mén)，熱防護(hù)容易實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中藥柱噴注孔排布方式示意圖。

圖中：

1-發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋 2-燃燒室前法蘭 3-燃燒室殼體

4-藥柱絕熱層 5-分段端燃藥柱 6-燃燒室后法蘭

7-噴管殼體 8-噴管絕熱層 9-噴注孔

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明專利提出一種分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)方案，其結(jié)構(gòu)包括發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1、燃燒室前法蘭2、燃燒室殼體3、藥柱絕熱層4、分段端燃藥柱5、燃燒室后法蘭6、噴管殼體7與噴管絕熱層8，如圖1所示。

所述燃燒室殼體3為圓筒形結(jié)構(gòu)，其前端面與后端面分別通過(guò)螺紋固定安裝有燃燒室前法蘭2和燃燒室后法蘭6。發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1前端具有進(jìn)氣通道，用于氧化劑的供給，氧化劑可以選擇O₂、N₂O等氣體氧化劑。發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1后端面上設(shè)計(jì)有環(huán)形凸臺(tái)，用來(lái)與燃燒室殼體3的前端面配合，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1與燃燒室殼體3之間的徑向定位。發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1和燃燒室前法蘭2之間通過(guò)長(zhǎng)螺栓同軸連接；同時(shí)通過(guò)在環(huán)形凸臺(tái)周向上設(shè)計(jì)的凹槽內(nèi)安裝O型密封圈，實(shí)現(xiàn)燃燒室前端的密封。

上述燃燒室殼體3內(nèi)安裝有藥柱絕熱層4。藥柱絕熱層4材料為耐燒蝕的高硅氧，其外壁面與燃燒室殼體3的內(nèi)壁面間通過(guò)粘接固定。藥柱絕熱層4用來(lái)阻礙熱量向燃燒室殼體3的傳遞，以使燃燒室殼體3維持在較低的溫度。

所述噴管殼體7前端與燃燒室后法蘭6之間采用長(zhǎng)螺栓同軸連接。噴管絕熱層8采用耐燒蝕和抗沖刷的絕熱材料制成，其外壁面與噴管殼體7的內(nèi)壁面通過(guò)粘接固定。噴管絕熱層8用來(lái)保證噴管殼體7免受熱量的侵襲和粒子的沖刷，對(duì)噴管殼體7具有保護(hù)的作用。噴管絕熱層8的采用前段收斂、后段擴(kuò)張的拉瓦爾噴管的形式，可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)高溫燃?xì)獾呐蛎浐图铀賴姵觯援a(chǎn)生較為理想的推力。

所述分段端燃藥柱5為圓柱形結(jié)構(gòu)，采用固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)常用的燃料制成，如HTPB(端烴基聚丁二烯)、PE(聚乙烯)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等，同軸設(shè)置在藥柱絕熱層4內(nèi)。根據(jù)需要的推力和工作時(shí)間，分段端燃藥柱5分成多段裝填，各段藥柱上開(kāi)設(shè)有沿藥柱軸向的噴注孔9，噴注孔9在藥柱徑向上分多層布置，如圖2所示，每層噴注孔9周向均布；且各段藥柱上的噴注孔9在藥柱的周向位置對(duì)應(yīng)，使各個(gè)分段端然藥柱5上相對(duì)應(yīng)的噴注孔9連通且同軸，形成噴注通道。通過(guò)改變各段藥柱的噴注孔9孔徑來(lái)控制氧燃比；同時(shí)通過(guò)改變每段藥柱的長(zhǎng)度來(lái)控制每段推力下的工作時(shí)間。圖1中給出了藥柱分成兩段裝填的示意圖，根據(jù)需要的推力來(lái)確定前段藥柱的噴注孔9孔徑大于后段藥柱噴注孔9孔徑。在藥柱裝填中，每段藥柱的孔徑要根據(jù)需要的推力來(lái)確定，并不一定是前段藥柱的孔徑大于后段藥柱的孔徑。

所述分段裝藥端燃變推力固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氧化劑通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1前端的進(jìn)氣通道進(jìn)入燃燒室殼體3中，分段端燃藥柱5的前端面與發(fā)動(dòng)機(jī)頭蓋1的后端面間具有一定的容腔，為氧化劑進(jìn)入分段端燃藥柱5的各個(gè)噴注孔9進(jìn)行分流和提供緩沖。氧化劑通過(guò)噴注通道到達(dá)分段端燃藥柱5的后端面，當(dāng)氧化劑流速超過(guò)臨界流速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)只發(fā)生端面燃燒，藥柱后端面整體退移。由于藥柱分為多段裝填，各段藥柱的噴注孔9徑不同，因此每段藥柱燃燒完之后，氧燃比會(huì)發(fā)生變化，從而改變推力。在氧化劑流量恒定的情況下，噴注孔9的直徑根據(jù)通過(guò)推力計(jì)算所得的氧燃比來(lái)確定，每段藥柱的長(zhǎng)度根據(jù)燃速和每段推力下的工作時(shí)間確定，只要控制好不同段藥柱的長(zhǎng)度和噴注孔9的直徑就能做到穩(wěn)定、精確變推力。燃燒之后的高溫高壓燃?xì)馔ㄟ^(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管絕熱層8中的拉瓦爾形噴管結(jié)構(gòu)膨脹并加速噴出，產(chǎn)生反作用推力。