高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统及方法，为了解决主泵汽蚀，同时避免提升贮箱压力造成的飞行器运载能力下降的技术问题，预压泵的入口与推进剂贮箱出口相通，预压泵的出口通过第一管路连接至掺混器的一个入口，预压涡轮的出口通过第二管路连接至掺混器的另一个入口，掺混器的出口通过第三管路连接至主泵的入口，主泵出口一部分推进剂通过第四管路与预压涡轮入口连接，通过节流圈控制流量，主泵出口其余的推进剂进入下游管路；高压气体供应系统通过第五管路与预压涡轮的入口连接，高压气体单向阀设置在第五管路中，切换阀接入第二管路，单向阀设置在第四管路中。

【技术实现步骤摘要】
高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统及方法
本专利技术涉及一种适用于高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统及方法。
技术介绍
在大流量、高转速、高扬程的泵压式液体火箭发动机中，预增压系统通常在稳定段用于提高主泵的入口压力、防止主泵出现汽蚀。预增压系统一般包括同轴设置的预压泵及预压涡轮，预压泵的入口与贮箱的出口相通，预压泵的出口与主泵的入口相连、预压涡轮的出口通过掺混器连接至主泵的入口。主泵通过另一管路与预压涡轮入口连接。在稳定工作段，预压涡轮泵通常采用主泵后的高压推进剂驱动或者采用与主路推进剂相容的涡轮燃气驱动。但是在起动段，主泵未产生正扬程或推力室未点火之前，没有驱动能源来使得预压泵产生正扬程，预压泵表现为流阻元件，反而恶化了主泵的工作条件。为此通常采用升高起动段贮箱压力的方式来防止主泵出现汽蚀。对于高空起动的发动机来说，贮箱压力高意味着飞行器推进剂贮箱的重量增大、增压介质的重量和体积增大，极大地影响了飞行器的有效载荷能力。
技术实现思路
为了解决主泵汽蚀，同时避免提升贮箱压力造成的飞行器运载能力下降的技术问题，本专利技术提供高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统及方法。本专利技术的技术解决方案如下：高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统，包括主泵1、预压泵2、预压涡轮3及掺混器5；预压泵2及预压涡轮3同轴设置，预压泵2的入口与推进剂贮箱出口相通，预压泵2的出口通过第一管路7连接至掺混器5的一个入口，预压涡轮3的出口通过第二管路8连接至掺混器5的另一个入口，掺混器5的出口通过第三管路9连接至主泵1的入口，主泵1出口一部分推进剂通过第四管路10与预压涡轮3入口连接，通过节流圈6控制流量，主泵1出口其余的推进剂进入下游管路；其特征在于：还包括高压气体供应系统、高压气体单向阀11、切换阀12及单向阀13；所述高压气体供应系统通过第五管路4与预压涡轮3的入口连接，所述高压气体单向阀11设置在第五管路4中；所述切换阀12为两位三通阀，包括入口、出口A和出口B，所述切换阀12通过入口及出口A接入第二管路8，出口B通向外界；所述单向阀13设置在第四管路10中。同时，本专利技术还提供了高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1)发动机开始起动时，向切换阀12发出指令，使切换阀12的入口与出口B相通，预压涡轮出口的介质通向外界；切换阀12的入口与出口A切断；2)打开高压气体单向阀11，高压气体进入预压涡轮3静子腔，驱动预压涡轮3做功，带动预压泵2产生扬程，增压后的推进剂进入主泵入口；3)当主泵1在其动力源作用下起旋并产生扬程、泵后压力大于单向阀13打开压力时，高压推进剂进入预压涡轮3静子腔，与高压气体共同驱动预压涡轮3做功；4)当主泵1的工况稳定后，高压气体撤气，高压气体单向阀11关闭，主泵1后的高压推进剂继续驱动预压涡轮3做功；5)切换阀12状态恢复，切换阀12的入口与出口A相同，预压涡轮出口的介质通过掺混器与预压泵2后的主路推进剂进行掺混并进入主泵1入口；切换阀12的入口与外界切断；预增压系统进入稳定工作段。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：1、本专利技术气液并联驱动预增压系统，通过在起动段采用高压气体驱动预压涡轮产生正扬程，有效地保证了起动段主泵必需的入口压力，使得发动机具备低入口压力起动能力。2、本专利技术由于对贮箱压力要求降低，贮箱以及增压介质的体积和重量降低，从而提高了箭体或高空飞行器的运载能力。3、本专利技术由于预压涡轮泵需要的功率小、起动所需的能量低，因此对外界驱动能源的需求量小。附图说明图1为本专利技术实施例预增压系统与发动机系统的燃气发生器及主涡轮的连接结构示意图。其中附图标记为：1-主泵、2-预压泵、3-预压涡轮、4-第五管路、5-掺混器、6-节流圈、7-第一管路、8-第二管路、9-第三管路、10-第四管路、11-高压气体单向阀、12-切换阀、13-单向阀。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细说明。1)系统配置如图1所示，气液并联驱动预增压系统需要设置相关组件来切换气、液驱动介质。系统包括主泵1、预压泵2、预压涡轮3、掺混器5、高压气体供应系统、高压气体单向阀11、切换阀12及单向阀13；预压泵2的入口与贮箱出口相通，预压泵2的出口通过第一管路7连接至掺混器5的一个入口，预压涡轮3的出口通过第二管路8连接至掺混器5的另一个入口，掺混器5的出口通过第三管路9连接至主泵1的入口，主泵1出口一部分推进剂通过第四管路10与预压涡轮3入口连接，通过节流圈6控制流量，主泵1出口其余的推进剂进入下游管路；所述高压气体供应系统通过第五管路4与预压涡轮3的入口连接，所述高压气体单向阀11设置在第五管路4中；切换阀12为两位三通阀，用于切换预压涡轮3出口的介质与主泵1入口管路相通或排放外界。切换阀12入口连接预压涡轮出口管路，出口A与主泵1入口的掺混器5相连，出口B与外界相连。起始状态，切换阀12入口介质与出口A常通，同时切断出口B；发出控制指令后，入口与出口B连通，同时切断出口A。高压气体单向阀11用于防止预压涡轮3出口的推进剂进入高压气体供应路。单向阀13用于防止预压涡轮3出口的气体进入主泵后管路，同时保证在主泵1出口压力高于一定值后打开。掺混器5是将驱动预压涡轮3做功的推进剂掺混进入主泵1入口管路，防止对主泵1工作造成扰动。高空低入口压力起动的气液并联驱动的预增压系统的工作方法包括以下步骤：1)发动机起动开始，切换阀12通控制气体，切换阀12换向，阀门出口与外界相通，预压涡轮3出口与主泵1入口之间的管路切断；2)供应高压气体：高压气体通过高压气体单向阀11进入预压涡轮静子腔，驱动预压涡轮做功，预压泵2产生扬程，增压后的推进剂以较大流量进入主泵入口；3)当主泵1)在其动力源作用下起旋并产生扬程、泵后压力大于单向阀13)打开压力时，高压推进剂进入预压涡轮3静子腔，与高压气体共同驱动预压涡轮3做功；4)当主泵工况稳定后，高压气体停止供应，主泵后的高压推进剂继续驱动预压涡轮3做功；5)切换阀12控制腔撤气，切换阀12入口与主泵1入口相通，与外界切断。驱动完预压涡轮3的推进剂进入掺混器5，与预压泵2后的主路推进剂进行掺混并进入主泵1入口。预增压系统进入稳定工作段。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统，包括主泵(1)、预压泵(2)、预压涡轮(3)及掺混器(5)；预压泵(2)及预压涡轮(3)同轴设置，预压泵(2)的入口与推进剂贮箱出口相通，预压泵(2)的出口通过第一管路(7)连接至掺混器(5)的一个入口，预压涡轮(3)的出口通过第二管路(8)连接至掺混器(5)的另一个入口，掺混器(5)的出口通过第三管路(9)连接至主泵(1)的入口，主泵(1)出口一部分推进剂通过第四管路(10)与预压涡轮(3)入口连接，通过节流圈(6)控制流量，主泵(1)出口其余的推进剂进入下游管路；其特征在于：还包括高压气体供应系统、高压气体单向阀(11)、切换阀(12)及单向阀(13)；所述高压气体供应系统通过第五管路(4)与预压涡轮(3)的入口连接，所述高压气体单向阀(11)设置在第五管路(4)中；所述切换阀(12)为两位三通阀，包括入口、出口A和出口B，所述切换阀(12)通过入口及出口A接入第二管路(8)，出口B通向外界；所述单向阀(13)设置在第四管路(10)中。

【技术特征摘要】
1.高空低入口压力起动的气液并联驱动预增压系统，包括主泵(1)、预压泵(2)、预压涡轮(3)及掺混器(5)；预压泵(2)及预压涡轮(3)同轴设置，预压泵(2)的入口与推进剂贮箱出口相通，预压泵(2)的出口通过第一管路(7)连接至掺混器(5)的一个入口，预压涡轮(3)的出口通过第二管路(8)连接至掺混器(5)的另一个入口，掺混器(5)的出口通过第三管路(9)连接至主泵(1)的入口，主泵(1)出口一部分推进剂通过第四管路(10)与预压涡轮(3)入口连接，通过节流圈(6)控制流量，主泵(1)出口其余的推进剂进入下游管路；其特征在于：还包括高压气体供应系统、高压气体单向阀(11)、切换阀(12)及单向阀(13)；所述高压气体供应系统通过第五管路(4)与预压涡轮(3)的入口连接，所述高压气体单向阀(11)设置在第五管路(4)中；所述切换阀(12)为两位三通阀，包括入口、出口A和出口B，所述切换阀(12)通过入口及出口A接入第二管路(8)，出口B通向外界；所述单向阀(13)设...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，邢理想，龚南妮，马楠，李春红，陈文，张航，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61