一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明中公開(kāi)一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，適用于采用液體氧化劑和固體燃料為推進(jìn)劑組合的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的單次點(diǎn)火。點(diǎn)火器主要由點(diǎn)火器外殼、點(diǎn)火藥盒體，點(diǎn)火藥與點(diǎn)火引線構(gòu)成。其中，點(diǎn)火器外殼與點(diǎn)火藥盒體采用聚乙烯材料。其中點(diǎn)火藥盒體周向設(shè)計(jì)凹槽安裝點(diǎn)火藥，并與點(diǎn)火器外殼間采用上、下雙螺紋連接，在保證螺紋連接強(qiáng)度的同時(shí)，利用聚乙烯硬度相對(duì)低的特點(diǎn)，可以通過(guò)螺紋緊配合實(shí)現(xiàn)有效密封。在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)完成點(diǎn)火后，點(diǎn)火器聚乙烯殼體可以在燃燒室高溫環(huán)境中燒蝕熱解，成為燃料氣體參與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒，不僅降低了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)的不利影響，減少了飛行器飛行階段的無(wú)效載荷，還可以充分利用點(diǎn)火器本身殼體的能量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
【專利說(shuō)明】
一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，適用于固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)單次點(diǎn)火，燒蝕式非金屬殼體結(jié)構(gòu)適用于頭部熱防護(hù)問(wèn)題相對(duì)嚴(yán)重的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用固體燃料和液體氧化劑的推進(jìn)劑組合。因其獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)兼具了一些傳統(tǒng)的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，諸如安全性好、環(huán)保性好、推力易調(diào)節(jié)、經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)可靠等，非常適用于作為中小型探空火箭、靶標(biāo)、亞軌道飛行器等航天飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)。
[0003]在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，氧化劑和燃料是分開(kāi)儲(chǔ)存，非預(yù)混的，并且由于其物相不同，通常較難實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的自行點(diǎn)火。在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程中，不僅需要保證液體氧化劑在噴注進(jìn)入燃燒室后完成氣化，還需要產(chǎn)生能量對(duì)固體燃料藥柱進(jìn)行加熱使其熱解產(chǎn)生燃料氣體，對(duì)點(diǎn)火能量的空間和時(shí)間要求都比較高。因此，點(diǎn)火技術(shù)成為了固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火方式中，應(yīng)用較為廣泛的主要有催化式點(diǎn)火方案和點(diǎn)火器式點(diǎn)火方案。催化式點(diǎn)火方案是通過(guò)催化劑使噴注進(jìn)入固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的氧化劑催化分解并氣化成為氣態(tài)蒸汽，同時(shí)在該過(guò)程中放熱對(duì)固體燃料藥柱進(jìn)行加熱使其溫度升高并熱解，從而實(shí)現(xiàn)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)。而點(diǎn)火器式點(diǎn)火方案則是通過(guò)放置于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的點(diǎn)火器發(fā)火提供能量，促使發(fā)動(dòng)機(jī)的氧化劑氣化分解并通過(guò)自身發(fā)火的能量和氧化劑分解放出的熱量對(duì)固體燃料藥柱進(jìn)行加熱使其熱解，從而實(shí)現(xiàn)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)。催化式點(diǎn)火方案較容易實(shí)現(xiàn)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的多次點(diǎn)火，但是其對(duì)氧化劑和催化劑的要求較高，通常僅適用于采用特定氧化劑的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，通用性并不是非常高。而點(diǎn)火器式點(diǎn)火方案則可以適用于絕大多數(shù)推進(jìn)劑組合的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，適用范圍廣，具有很高的通用性，是一種理想的點(diǎn)火啟動(dòng)方式。
[0005]然而，點(diǎn)火器在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)完成點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程后，便成為了毫無(wú)意義的無(wú)效載荷，在對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)質(zhì)量非常敏感的航天任務(wù)中，會(huì)浪費(fèi)一部分發(fā)動(dòng)機(jī)的沖量，對(duì)飛行器的飛行過(guò)程產(chǎn)生一定的不利影響。同時(shí)，點(diǎn)火器在燃燒室內(nèi)還會(huì)對(duì)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)流場(chǎng)產(chǎn)生相對(duì)不利的影響，從而在一定程度上降低了固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能。因此，一種可以在完成點(diǎn)火過(guò)程后自行分解并排出發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)便非常有意義了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決前述問(wèn)題，本發(fā)明中提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用性廣，可以實(shí)現(xiàn)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)迅速可靠點(diǎn)火的燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，可以適用于單次地面點(diǎn)火固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和單次高空點(diǎn)火固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0007]本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，包括點(diǎn)火器外殼、點(diǎn)火藥盒體、點(diǎn)火藥與點(diǎn)火引線。點(diǎn)火藥盒體外壁上還開(kāi)有環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置點(diǎn)火藥。點(diǎn)火藥盒體位于點(diǎn)火藥外殼內(nèi)部，與點(diǎn)火藥外殼間同軸固定；同時(shí)在點(diǎn)火藥盒體內(nèi)環(huán)周向等間隔設(shè)計(jì)有與環(huán)形凹槽連通的發(fā)火孔；點(diǎn)火引線端穿過(guò)發(fā)火孔與埋設(shè)于點(diǎn)火藥的點(diǎn)火頭相連，另一端連接固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
[0008]上述點(diǎn)火器外殼內(nèi)與點(diǎn)火藥盒體間，通過(guò)點(diǎn)火器外殼內(nèi)圈壁面與點(diǎn)火藥盒體外圈壁面上設(shè)計(jì)有相互配合的螺紋結(jié)構(gòu)相連;且點(diǎn)火器外殼與點(diǎn)火藥盒體均采用聚乙烯材料。
[0009]由此在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出點(diǎn)火電信號(hào)后，點(diǎn)火引線將該信號(hào)傳遞至點(diǎn)火藥內(nèi)的點(diǎn)火頭，點(diǎn)火頭點(diǎn)燃點(diǎn)火器內(nèi)的固體點(diǎn)火藥，點(diǎn)火藥迅速發(fā)火并產(chǎn)生高溫點(diǎn)火火焰；點(diǎn)火火焰通過(guò)聚乙烯材料的點(diǎn)火藥盒體2內(nèi)環(huán)上的發(fā)火孔5噴向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)，并迅速加熱通過(guò)點(diǎn)火器內(nèi)環(huán)中的液體氧化劑射流，液體氧化劑被點(diǎn)火器的高溫火焰加熱后迅速氣化并分解為氧化劑氣體;高溫的氧化劑氣體可以對(duì)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的固體燃料藥柱進(jìn)行加熱使其熱解產(chǎn)生燃料氣體并與其摻混燃燒，實(shí)現(xiàn)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)；之后在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中會(huì)產(chǎn)生極端高溫高壓的惡劣工作環(huán)境，聚乙烯材料的點(diǎn)火器外殼與點(diǎn)火藥盒體在高溫?zé)岘h(huán)境中會(huì)發(fā)生燒蝕熱解，最終成為以乙烯為主的燃料氣體。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0011]1、本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，采用聚乙烯材料制作點(diǎn)火器外殼與點(diǎn)火藥盒體;聚乙烯本身是一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中常用的固體燃料，它在燒蝕熱解后還可以參與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒，充分利用其能量;可在完成固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后燒蝕并氣化，避免了點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)流場(chǎng)的不利影響；同時(shí)減少了飛行器飛行過(guò)程中的無(wú)效載荷質(zhì)量，可以使飛行器更加充分的利用發(fā)動(dòng)機(jī)的能量；
[0012]2、本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器中，點(diǎn)火藥盒體在點(diǎn)火藥安裝腔兩側(cè)均為螺紋連接結(jié)構(gòu)，可以有效保證點(diǎn)火藥安裝腔與非金屬結(jié)構(gòu)中螺紋連接的可靠性，避免點(diǎn)火器自身工作時(shí)螺紋強(qiáng)度較低導(dǎo)致連接失效；同時(shí)，聚乙烯本身硬度不是很高，螺紋連接緊密時(shí)能夠同時(shí)保證密封，可以簡(jiǎn)化點(diǎn)火器的密封結(jié)構(gòu)，提高其可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)圖
[0014]圖中:
[0015]1-點(diǎn)火器外殼2-點(diǎn)火藥盒體3-點(diǎn)火藥
[0016]4-點(diǎn)火引線5-發(fā)火孔
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，適用于采用液體氧化劑和固體燃料藥柱推進(jìn)劑組合的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的單次點(diǎn)火啟動(dòng)，包括點(diǎn)火器外殼1、點(diǎn)火藥盒體2、點(diǎn)火藥3與點(diǎn)火引線4，如圖1所示。
[0019]所述點(diǎn)火器外殼I與點(diǎn)火藥盒體2均為環(huán)形結(jié)構(gòu);其中，點(diǎn)火器外殼I內(nèi)圈壁面與點(diǎn)火藥盒體2外圈壁面上設(shè)計(jì)有相互配合的螺紋結(jié)構(gòu)；且點(diǎn)火藥盒體2外壁上還開(kāi)有環(huán)形凹槽，同時(shí)在點(diǎn)火藥3外壁周向等間隔設(shè)計(jì)有與環(huán)形凹槽連通的發(fā)火孔5。上述點(diǎn)火藥盒體2同軸安裝于點(diǎn)火器外殼I，通過(guò)環(huán)形點(diǎn)火藥盒體2外圈壁面與點(diǎn)火器外殼I內(nèi)圈壁面間螺紋配合相連，并通過(guò)固定點(diǎn)火藥盒體2底部設(shè)計(jì)的環(huán)形臺(tái)肩與點(diǎn)火器外殼I底部設(shè)計(jì)環(huán)形凸臺(tái)配合定位，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火器外殼I與點(diǎn)火藥殼體I的固定；同時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火藥盒體2的凹槽與點(diǎn)火器外殼I圈壁面間形成的點(diǎn)火藥安裝腔的密封。
[0020]上述點(diǎn)火藥安裝腔內(nèi)填充有固體推進(jìn)劑組成的固體點(diǎn)火藥3，用以在點(diǎn)火器工作過(guò)程中迅速發(fā)火燃燒，產(chǎn)生用以引燃固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫火焰和能量。點(diǎn)火引線4 一端穿過(guò)發(fā)火孔5與埋設(shè)于點(diǎn)火藥3的點(diǎn)火頭相連，另一端連接固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，用來(lái)將固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出的點(diǎn)火信號(hào)傳遞至點(diǎn)火頭，由點(diǎn)火頭將固體點(diǎn)火藥3引燃并持續(xù)穩(wěn)定燃燒若干秒，產(chǎn)生高溫的燃燒火焰，保證固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以被迅速可靠地引燃。
[0021]本發(fā)明中點(diǎn)火器外殼1、點(diǎn)火藥盒體2均采用聚乙烯材料。在固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)完成點(diǎn)火啟動(dòng)后，在燃燒室內(nèi)發(fā)生穩(wěn)定燃燒，并在燃燒室中形成極度高溫高壓的惡劣工作環(huán)境。在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的高溫燃?xì)饧訜嶙饔孟拢沟镁垡蚁┎牧系狞c(diǎn)火器外殼I和點(diǎn)火藥盒體2溫度逐漸升高，直至聚乙烯材料發(fā)生燒蝕熱解，產(chǎn)生以乙烯為主的燃料氣體。熱解后得到的燃料氣體與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的氧化劑氣體可以在摻混后進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，從而使得原本會(huì)在完成點(diǎn)火后成為多余無(wú)效載荷的點(diǎn)火器殼體I成為了發(fā)動(dòng)機(jī)可以有效利用的固體燃料，不僅可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的能量利用率，也有助于降低飛行器的無(wú)效載荷質(zhì)量。同時(shí)，點(diǎn)火器的燒蝕還可以減少點(diǎn)火器殼體I結(jié)構(gòu)在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)對(duì)燃?xì)庾杂闪鲃?dòng)的阻礙作用，減輕點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)流場(chǎng)的不利影響，從而進(jìn)一步提高固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能。
[0022]本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器的工作過(guò)程為:在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出點(diǎn)火電信號(hào)后，點(diǎn)火引線4將該信號(hào)傳遞至點(diǎn)火藥內(nèi)的點(diǎn)火頭，點(diǎn)火頭點(diǎn)燃點(diǎn)火器內(nèi)的固體點(diǎn)火藥3，點(diǎn)火藥3迅速發(fā)火并產(chǎn)生高溫點(diǎn)火火焰；點(diǎn)火火焰通過(guò)聚乙烯材料的點(diǎn)火藥盒體2內(nèi)環(huán)上的發(fā)火孔5噴向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)，并迅速加熱通過(guò)點(diǎn)火器內(nèi)環(huán)中的液體氧化劑射流，液體氧化劑被點(diǎn)火器的高溫火焰加熱后迅速氣化并分解為氧化劑氣體;高溫的氧化劑氣體可以對(duì)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的固體燃料藥柱進(jìn)行加熱使其熱解產(chǎn)生燃料氣體并與其摻混燃燒，實(shí)現(xiàn)固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng);之后在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中會(huì)產(chǎn)生極端高溫高壓的惡劣工作環(huán)境，聚乙烯材料的點(diǎn)火器外殼I與點(diǎn)火藥盒體2在高溫?zé)岘h(huán)境中會(huì)發(fā)生燒蝕熱解，最終成為以乙烯為主的燃料氣體。因此點(diǎn)火器外殼I與點(diǎn)火藥盒體2在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中燒蝕熱解后，還可以與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的氧化劑氣體摻混反應(yīng)，參與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的燃燒過(guò)程，充分利用其質(zhì)量和能量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，包括點(diǎn)火器外殼、點(diǎn)火藥盒體、點(diǎn)火藥與點(diǎn)火引線；點(diǎn)火藥盒體外壁上還開(kāi)有環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置點(diǎn)火藥;點(diǎn)火藥盒體位于點(diǎn)火藥外殼內(nèi)部，與點(diǎn)火藥外殼間同軸固定；同時(shí)在點(diǎn)火藥盒體內(nèi)環(huán)周向等間隔設(shè)計(jì)有與環(huán)形凹槽連通的發(fā)火孔;點(diǎn)火引線端穿過(guò)發(fā)火孔與埋設(shè)于點(diǎn)火藥的點(diǎn)火頭相連，另一端連接固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng);其特征在于:點(diǎn)火器外殼與點(diǎn)火藥盒體均采用聚乙烯材料。2.如權(quán)利要求1所述一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒蝕式非金屬點(diǎn)火器，其特征在于:點(diǎn)火器外殼內(nèi)與點(diǎn)火藥盒體間，通過(guò)點(diǎn)火器外殼內(nèi)圈壁面與點(diǎn)火藥盒體外圈壁面上設(shè)計(jì)有相互配合的螺紋結(jié)構(gòu)相連。
【文檔編號(hào)】F02K9/95GK106014690SQ201610587616
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日
【發(fā)明人】田輝, 李承恩, 張?jiān)纯? 孫興亮, 蔡國(guó)飆
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)