氧化亚氮动力系统技术方案

本发明专利技术提供了一种氧化亚氮动力系统。该氧化亚氮动力系统包括：单组元推力室；双组元推力室；推进剂输送组件，所述推进剂输送组件用于向所述单组元推力室和所述双组元推力室输送推进剂；切换组件，所述切换组件连接在所述推进剂输送组件、所述单组元推力室以及所述双组元推力室之间，以使所述推进剂输送组件向所述单组元推力室或者所述双组元推力室输送推进剂、或者同时向所述单组元推力室和所述双组元推力室输送推挤剂。本发明专利技术中的氧化亚氮动力系统提高了安全性，降低了成本，可用于单组元发动机、双组元发动机。同时，该氧化亚氮动力系统具有实用性能能力，可在常温和低温环境中储存，特别行星勘探任务中预计会更大的使用价值。

【技术实现步骤摘要】
氧化亚氮动力系统
本专利技术涉及动力设备
，具体而言，涉及一种氧化亚氮动力系统。
技术介绍
近来自增压的火箭推进剂越来越受到研究人员兴趣。具体来说，氧化亚氮作为一种用于火箭自增压液体氧化剂。氧化亚氮在室温下具有大约730psi（5.03Mpa）的饱和蒸气压（PV）。氧化亚氮的一些重要热力学性质见表1。这使得氧化亚氮成为一种有吸引力的火箭动力系统推进剂，因为它可以从贮箱中排出，而不需要复杂的增压系统或涡轮泵(因此称为自增压)。氧化亚氮易存储，相对无毒，易于控制。因此，对于目前发射系统中通常使用的传统的氧化剂和单组元推进剂（如液氧（LOX）、四氧化二氮（N2O4）、肼（N2H4）），它通常被认为是一种安全的替代品。表1N2O的重要热力学性质然而，应该指出，与所有推进剂一样，氧化亚氮的使用也有其相关的风险，因此应始终加以考虑。具体来说，氧化亚氮分解属于放热反应。在某些情况下，连续分解反应会导致压力容器压力升高导致爆炸。这类爆炸过去曾在火箭动力系统中发生过，甚至造成人员死亡。然而，在适当预防措施和控制的情况下，可以安全地使用氧化亚氮作为火箭推进剂。用于控制卫星轨道或姿态控制等的常规发动机可分为单组元发动机(使用单一推进剂)和双组元发动机(使用含有氧化剂和燃料的推进剂)。图1显示了常规单组元发动机示意图。该发动机1通过电磁阀2送入燃烧室3中产生推力。对于传统推进剂-肼，肼通过催化剂4催化分解，产生高温分解气体，从发动机喷管喷出，产生推力。图2显示了常规双组元发动机示意图。该发动机1通过将例如肼(N2H4)或甲基肼(MMH)，氧化剂如氧化亚氮(N2O4)分别通过电磁阀2，电磁阀5输送到燃烧室3，使燃料与氧化剂在燃烧室3中掺混、燃烧，产生高温燃气，从发动机1喷管喷出，产生推力。上述常规发动机使用剧毒推进剂。因此，由这些发动机组成的动力系统在地面上工作时，环境保护和安全处理是必不可少。目前世界各国研究人员一直致力于开发能够使用低毒性或无毒性推进剂液体发动机。此外，目前肼是用作卫星和航天器姿态控制单组元发动机主流推进剂，该推进剂具有高冰点（约1℃）的问题。当卫星或航天器在低温空间环境中使用时，必须对整个推进剂供给系统提供加热或者隔热装置，防止在低温环境中肼结冰，使得发动机工作失效。氧化亚氮可以很好解决上述问题，并且氧化亚氮可以与很多烃类燃料反应，例如乙醇、甲烷、丙烷等。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种氧化亚氮动力系统，能够降低并最终消除液体推进剂的毒性，并提高动力系统的低温环境适应性。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种氧化亚氮动力系统，包括：单组元推力室；双组元推力室；推进剂输送组件，所述推进剂输送组件用于向所述单组元推力室和所述双组元推力室输送推进剂；切换组件，所述切换组件连接在所述推进剂输送组件、所述单组元推力室以及所述双组元推力室之间，以使所述推进剂输送组件向所述单组元推力室或者所述双组元推力室输送推进剂、或者同时向所述单组元推力室和所述双组元推力室输送推挤剂。进一步地，所述单组元推力室包括：第一分解室，所述第一分解室内放置有催化剂；第一加热装置，所述第一加热装置用于对所述第一分解室内的催化剂进行加热。进一步地，所述双组元推力室包括：相互连通的第二分解室和燃烧室，所述第二分解室的容积小于所述燃烧室的容积，所述第二分解室内放置有催化剂，所述燃烧室上设置有第一推进剂入口和第二推进剂入口；第二加热装置，所述第二加热装置用于对所述第二分解室内的催化剂进行加热。进一步地，所述第二分解室上设置有第一入口和第二入口。进一步地，所述推进剂输送组件包括：第一推进剂存储器，所述第一推进剂存储器通过第一管道与所述第一分解室连通，所述第一推进剂存储器通过第二管道与所述第一入口连接，所述第一推进剂存储器通过第三管道与所述第一推进剂入口连接；第二推进剂存储器，所述第二推进剂存储器通过第四管道与第二入口连接，所述第二推进剂存储器通过第五管道与所述第二推进剂入口连接。进一步地，所述氧化亚氮动力系统还包括气源，所述气源通过第六管道与所述第一分解室的入口连接。进一步地，所述氧化亚氮动力系统还包括：第一主管道，所述第一主管道的第一端与所述第一推进剂存储器连接，所述第一主管道的第二端分别与所述第一管道、所述第二管道以及所述第三管道连接；第二主管道，所述第二主管道的第一端与所述第二推进剂存储器连接，所述第二主管道的第二端分别与所述第四管道、所述第五管道连接；其中，所述切换组件包括设置在所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道、所述第四管道以及所述第五管道上的第一控制阀。进一步地，所述第一推进剂存储器和所述第二推进剂存储器上均设置有排气口，所述排气口上连接有排气管，所述排气管上设置有第二控制阀。进一步地，所述第一推进剂存储器和所述第二推进剂存储器上均设置有加注口，所述加注口上设置有加注管，所述加注管上设置有第三控制阀。进一步地，所述第六管道与所述第一推进剂存储器上的加注管以及所述第二推进剂存储器上的加注管均连通，所述第六管道上设置有用于控制所述气源向所述第一推进剂存储器、所述第二推进剂存储器以及所述第一分解室输送气体的第四控制阀。应用本专利技术的技术方案，本专利技术中的氧化亚氮动力系统中设置有切换组件，通过该切换组件的作用，可以对推进剂输送组件进行控制，使推进剂输送组件向单组元推力室或者双组元推力室输送推进剂、或者同时向单组元推力室和双组元推力室输送推挤剂，从而实现单组元发动机的功能、或者多组元发动机的功能，或者同时实现单组元发动机和多组元发动机的功能。本专利技术的发动机使用具有高分解性能的催化剂，在不明显降低常规发动机性能的情况下，实现了无毒和低温环境适应性。本专利技术的发动机提高了安全性，降低了成本，可用于单组元发动机、双组元发动机。同时，该发动机具有实用性能能力，可在常温和低温环境中储存，特别行星勘探任务中预计会更大的使用价值。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示意性示出了现有的单组元发动机的剖视图；图2示意性示出了现有的双组元发动机的剖视图；图3示意性示出了本专利技术的氧化亚氮动力系统的连接关系图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、单组元推力室；11、第一分解室；12、第一加热装置；20、双组元推力室；21、第二分解室；211、第一入口；212、第二入口；22、燃烧室；221、第一推进剂入口；222、第二推进剂入口；23、第二加热装置；30、推进剂输送组件；31、第一推进剂存储器；32、第二推进剂存储器；33、第一管道；34、第二管道；35、第三管道；36、第四管道；37、第五管道；38、排气管；39、第三控制阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化亚氮动力系统，其特征在于，包括：/n单组元推力室（10）；/n双组元推力室（20）；/n推进剂输送组件（30），所述推进剂输送组件（30）用于向所述单组元推力室（10）和所述双组元推力室（20）输送推进剂；/n切换组件（40），所述切换组件（40）连接在所述推进剂输送组件（30）、所述单组元推力室（10）以及所述双组元推力室（20）之间，以使所述推进剂输送组件（30）向所述单组元推力室（10）或者所述双组元推力室（20）输送推进剂、或者同时向所述单组元推力室（10）和所述双组元推力室（20）输送推挤剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化亚氮动力系统，其特征在于，包括：
单组元推力室（10）；
双组元推力室（20）；
推进剂输送组件（30），所述推进剂输送组件（30）用于向所述单组元推力室（10）和所述双组元推力室（20）输送推进剂；
切换组件（40），所述切换组件（40）连接在所述推进剂输送组件（30）、所述单组元推力室（10）以及所述双组元推力室（20）之间，以使所述推进剂输送组件（30）向所述单组元推力室（10）或者所述双组元推力室（20）输送推进剂、或者同时向所述单组元推力室（10）和所述双组元推力室（20）输送推挤剂。


2.根据权利要求1所述的氧化亚氮动力系统，其特征在于，所述单组元推力室（10）包括：
第一分解室（11），所述第一分解室（11）内放置有催化剂；
第一加热装置（12），所述第一加热装置（12）用于对所述第一分解室（11）内的催化剂进行加热。


3.根据权利要求2所述的氧化亚氮动力系统，其特征在于，所述双组元推力室（20）包括：
相互连通的第二分解室（21）和燃烧室（22），所述第二分解室（21）的容积小于所述燃烧室（22）的容积，所述第二分解室（21）内放置有催化剂，所述燃烧室（22）上设置有第一推进剂入口（221）和第二推进剂入口（222）；
第二加热装置（23），所述第二加热装置（23）用于对所述第二分解室（21）内的催化剂进行加热。


4.根据权利要求3所述的氧化亚氮动力系统，其特征在于，所述第二分解室（21）上设置有第一入口（211）和第二入口（212）。


5.根据权利要求4所述的氧化亚氮动力系统，其特征在于，所述推进剂输送组件（30）包括：
第一推进剂存储器（31），所述第一推进剂存储器（31）通过第一管道（33）与所述第一分解室（11）连通，所述第一推进剂存储器（31）通过第二管道（34）与所述第一入口（211）连接，所述第一推进剂存储器（31）通过第三管道（35）与所述第一推进剂入口（221）连接；
第二推进剂存储器（32），所述第二推进剂存储器（32）通过第四管道（36）与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海峰，王明哲，郭利明，刘业奎，李文鹏，申帅帅，余鹏，孙夺，田蜜，李娜，
申请(专利权)人：北京宇航推进科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11