一种液固耦合式火箭发动机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种液固耦合式火箭发动机，包括火箭圆柱形外壳，在火箭圆柱形外壳内设有固体药柱，在火箭圆柱形外壳的前端设置有一中心锥体，中心锥体包括前体、后体以及中心椎体壳体，在前体与火箭圆柱形外壳之间形成有外界空气入口，在中心锥体内设置有液体发动机和通过所述液体发动机点火的第一燃烧室，在第一燃烧室的出口与固体药柱之间形成有第二燃烧室，液体发动机设置在中心锥体内，液体发动机包括燃烧剂储罐、氧化剂储罐、集液混合器以及喷注器。本实用新型专利技术液固耦合式火箭发动机缩小了第一燃烧室的外部尺寸，节约了内部空间，简化火箭发动机的结构；这样能够增加固体药柱的体积，提高液固耦合式火箭发动机的动力系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种发动机领域，尤其涉及一种液固耦合式火箭发动机。
技术介绍
随着科学的不断发展，人们已经专利技术制作了各种型号的火箭，火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂储罐或运载工具内的反应物（推进剂）变成高速射流，由于牛顿第三运动定律而产生推力。液体火箭发动机通过泵或者高压气体使氧化剂和燃烧剂分别进入燃烧室，两种推进剂成分在燃烧室混合并燃烧；而固体火箭发动机在燃烧室内直接装填固体推进剂，固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成，药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中调圆柱体（中空部分为燃烧面）；固液混合火箭使用固体和液体混合推进的发动机；近年来由于人们对高超音速飞行器的深入研究；尤其对火箭基组合循环发动机探讨和创新，使得固液组合式循环发动机发挥出最大性能和优势，从而成为实现航空航天动力推进的最佳选择，而涡轮基组合循环发动机适用于在低空进行高超音速飞行，然而在实际工程使用过程中，对涡轮发动机技术要求高，涡轮泵结构复杂，工作条件苛刻，压头高，因此设计效率高的涡轮泵也是发动机研制中的关键。不管这些火箭内部构造有多复杂，其主要部分都可以归纳为壳体和燃烧壳体是圆筒形的，前端是封闭的尖端，后端有尾喷管，燃料燃烧产生的高温压燃气从尾喷管迅速喷出，火箭是利用反冲力量向前飞去；在实际工程应用过程中，火箭的可靠性和安全性都非常重要，为了保证火箭可靠性和安全性，同时提高有效载荷重量，首先要保证推进剂供应系统，发动机控制系统正常运行，其次就必须降低火箭的自重，第三要节约火箭内体的实用空间；而在设计过程中可靠性和降低自重是无法同时满足的。
技术实现思路
本技术的目的是通过提供一种液固耦合式火箭发动机，其能够筒化发动机的结构创新和优化发动机燃料供给系统，同时节省火箭发动机内部空间，并提高液固耦合式火箭发动机整体的热力学效率，动力系统的性能以及经济性能。技术方案：为实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种液固耦合式火箭发动机，包括火箭圆柱形外壳，在所述火箭圆柱形外壳内设有固体药柱，在所述火箭圆柱形外壳尾部形成有火箭超声速喷口，其特征在于：在所述火箭圆柱形外壳的前端设置有一中心锥体，中心锥体包括前体、后体以及与所述后体同轴设置并位于后体外侧的中心椎体壳体，在所述前体与所述火箭圆柱形外壳之间形成有外界空气入口， 在所述中心锥体内设置有液体发动机和通过所述液体发动机点火的第一燃烧室，在所述第一燃烧室的出口与固体药柱之间形成有第二燃烧室，所述中心锥体的后体固定设置在火箭圆柱形外壳内，在所述中心锥体壳体与火箭圆柱形外壳之间形成有与所述外界空气入口连通的外界进气通道，该外界进气通道的出口与所述第二燃烧室连通；所述液体发动机设置在中心锥体内，液体发动机包括燃烧剂储罐、氧化剂储罐、集液混合器以及喷注器，所述燃烧剂储罐和氧化剂储罐分别通过管路与所述集液混合器连通，所述喷注器连接在所述集液混合器上。所述前体为锥形顶盖，所述后体为圆筒体结构，所述前体从火箭圆柱形外壳的前端伸出，且后部连接于后体的前端。所述后体所述前体一体成型。在所述氧化剂储罐与集液混合器之间设置有多个氧化剂输出管，多个氧化剂输出管的一端与集液混合器的氧化剂入口连接，多个氧化剂输出管的另一端串接氧化剂液压泵与相对应的氧化剂储罐出口连通。所述在氧化剂储罐的一侧外壁上设置有与电磁辅助阀连接的辅助管，所述辅助管的另一端与第一燃烧室连通。所述液固耦合式火箭发动机启动时，外部的空气无法通入经由内部进气通道进入第一燃烧室，启动辅助电磁阀，氧化剂储罐内的氧化剂经由辅助管以及内部进气通道进入第一燃烧室，并且与经由多个燃烧剂输出管，集液混合器以及燃料喷注器进入第一燃烧室的燃料反应，完成所述液固耦合式火箭发动机的启动；所述液固耦合式火箭发动机启动后，打开气流控制阀及液压泵，并同时关闭辅助电磁阀，这样从外部引射大量的空气经由内部进气通道进入第一燃烧室，再经由外进气道进入第二燃烧室；所述液固耦合式火箭发动机在启动后的运行过程中，空气与进入第一燃烧室燃料混合裂变燃烧，经由中心锥体的出口喷出的高温燃气并经过第二燃烧室以及超声速喷口快速排出以产生推力，由中心锥体后体的出口喷出的高温燃气经过第二燃烧室时，点燃固体药柱，固体药柱与经由外进气道流入的空气反应燃烧并产生高温燃气，高温燃气经由超声速喷口快速排出以产生推力。更进一步的，所述中心锥体前体为锥形，在前体内设置有液体发动机机组。更进一步的，所述后体为圆筒体结构，在圆筒体内设置有燃烧剂储罐和氧化剂储罐，集液混合器和喷注器以及第一燃烧室。更进一步的，所述后体出口处的后端为渐缩的锥形，从而使第一燃烧室在圆筒体横向（轴向）上的末端的出口处为圆锥漏斗形喷口。更进一步的，在所述后体壳体内还设置有多个燃烧剂输出管，并且按序周向分布；所述燃烧剂输出管的一端连接集液混合器的燃烧剂入口，所述燃烧剂输出管的另一端串接燃烧剂液压泵与相对应的燃烧剂储罐的出口连通。所述多个燃料输出管为8个且相邻燃料输出管之间的夹角为45度。更进一步的，所述后体内设置有多个内部进气通道，多个内部进气通道为8个，且相邻内部进气通道之间的夹角为45度。更进一步的，所述后体与中心锥体前体通过焊接相连接；所述后体与漏斗形喷口通过焊接成为一体。更进一步的，所述固体药柱为空心圆柱体结构，固体药柱，收容并固定于火箭圆柱形外壳内，固定药柱的外壳和内筒体之间通过两侧端板焊接成一个空心圆柱体，圆筒体内部中空作为气流通道。更进一步的，在所述后体内设置有集液混合器；所述集液混合器为圆盘式结构，在所述圆盘体的外弧面上有序分布多个燃烧剂入口和多个氧化剂入口，在所述集液混合器的一侧端面上有序设置有多个燃料喷注器，本技术实施方案的喷注器为8个，且相邻燃料喷注器之间的夹角为45度，喷注器连通燃料入口和第一燃烧室。有益效果（1）本技术的液固耦合式火箭发动机，将液体发动机与固体药柱收容在火箭圆柱形外壳内，而液体发动机中第一燃烧室内燃料的燃烧以及固体药柱的燃烧生成的高温燃气经过箭尾喷管排出能够大大增加所述液固耦合式火箭发动机的推力，同时也能提高液固耦合式火箭发动机的热力学效率以及动力系统的性能。（2）本技术的液固耦合式火箭发动机，其液体发动机设置于火箭圆柱形壳体前端的中心椎体内，缩小了第一燃烧室的尺寸，节省内部空间，简化液固耦合式火箭发动机的结构，同时节省的内部空间能够增加固体药柱的体积，提升液固耦合式火箭发动机的动力系统的性能。（3）本技术的液固耦合式火箭发动机，将燃烧剂储罐、氧化剂储罐、集液混合器全部收容于中心锥体内；系统采用集液混合器，能够保证系统燃料供给稳定性和可靠性，同时提升系统的安全性。附图说明图1为本技术的液固耦合式火箭发动机的示意图；图2为本技术的液固耦合式火箭发动机的一个角度的剖视图；图3为本技术的液固耦合式火箭发动机的集液混合器的剖视图；图4为本技术的液固耦合式火箭发动机的燃烧剂储罐的剖视图；图5为本技术的液固耦合式火箭发动机的氧化剂储罐的剖视图；图6为本技术的液固耦合式火箭发动机的空气入口、气流控制阀以及内部进气通道的局部示意图。图7为本技术的液固耦合式火箭发动机的中心锥体结构示意图。图中标号1火箭圆柱形外壳、2中心锥体、3氧化剂输出管、4燃料入口、5外界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液固耦合式火箭发动机，包括火箭圆柱形外壳，在所述火箭圆柱形外壳内设有固体药柱，在所述火箭圆柱形外壳尾部形成有火箭超声速喷口，其特征在于：在所述火箭圆柱形外壳的前端设置有一中心锥体，中心锥体包括前体、后体以及与所述后体同轴设置并位于后体外侧的中心椎体壳体，在所述前体与所述火箭圆柱形外壳之间形成有外界空气入口， 在所述中心锥体内设置有液体发动机和通过所述液体发动机点火的第一燃烧室，在所述第一燃烧室的出口与固体药柱之间形成有第二燃烧室，所述中心锥体的后体固定设置在火箭圆柱形外壳内，在所述中心锥体壳体与火箭圆柱形外壳之间形成有与所述外界空气入口连通的外界进气通道，该外界进气通道的出口与所述第二燃烧室连通；所述液体发动机设置在中心锥体内，液体发动机包括燃烧剂储罐、氧化剂储罐、集液混合器以及喷注器，所述燃烧剂储罐和氧化剂储罐分别通过管路与所述集液混合器连通，所述喷注器连接在所述集液混合器上。

【技术特征摘要】
1.一种液固耦合式火箭发动机，包括火箭圆柱形外壳，在所述火箭圆柱形外壳内设有固体药柱，在所述火箭圆柱形外壳尾部形成有火箭超声速喷口，其特征在于：在所述火箭圆柱形外壳的前端设置有一中心锥体，中心锥体包括前体、后体以及与所述后体同轴设置并位于后体外侧的中心椎体壳体，在所述前体与所述火箭圆柱形外壳之间形成有外界空气入口， 在所述中心锥体内设置有液体发动机和通过所述液体发动机点火的第一燃烧室，在所述第一燃烧室的出口与固体药柱之间形成有第二燃烧室，所述中心锥体的后体固定设置在火箭圆柱形外壳内，在所述中心锥体壳体与火箭圆柱形外壳之间形成有与所述外界空气入口连通的外界进气通道，该外界进气通道的出口与所述第二燃烧室连通；所述液体发动机设置在中心锥体内，液体发动机包括燃烧剂储罐、氧化剂储罐、集液混合器以及喷注器，所述燃烧剂储罐和氧化剂储罐分别通过管路与所述集液混合器连通，所述喷注器连接在所述集液混合器上。2.根据权利要求1所述的液固耦合式火箭发动机，其特征在于：所述前体为锥形顶盖，所述后体为圆筒体结构，所述前体从火箭圆柱形外壳的前端伸出，且后部连接于后体的前端。3.根据权利要求2所述的液固耦合式火箭发动机，其特征在于：所述后体所述前体一体成型。4.根据权利要求3所述的液固耦合式火箭发动机，其特征在于：在所述第一燃烧室的外壁与火箭圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斯涵，
申请(专利权)人：杨斯涵，
类型：新型
国别省市：江苏;32