一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法技术

一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，采用脉冲点火的方式使少量推进剂进入催化床，通过少量推进剂在催化床内的缓慢分解放热，使催化床温度从初始温度逐步升高，当催化床温度和燃烧室压力达到一定量值后，再进行发动机稳态工作，即可实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火。本发明专利技术有效解决了运载火箭上面级发动机点火前需要催化床提前预热的点火模式，可有效缩短发动机点火响应时间，提高系统可承接载荷、同时降低了发动机研制成本。

【技术实现步骤摘要】
一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法
本专利技术涉及一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，属于液体火箭发动机的单组元催化分解推力器

技术介绍
针对运载火箭辅助动力无毒化的迫切需求，开展可常温启动的无毒硝酸羟胺(HAN)单组元发动机技术研究已迫在眉睫。HAN发动机需要外在预热(催化床需要预热到120℃)才能实现启动。这就增加了系统的复杂性，在一定程度上提高了火箭发动机的研制成本。关键就在于如何使HAN催化分解反应迅速启动。最直接有效的方式是通过不同的发动机点火程序来实现催化床预热，通过热量不断累积，达到发动机能够稳定启动的温度区间。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，解决了目前单组元发动机启动工作前催化床需预热到120℃才能启动的劣势，减少了需要携带电池、加热器和配套管路等相关配置，降低了火箭的安装成本，缓解了系统应用的复杂性。本专利技术的技术方案是：一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，包括步骤如下：1)在催化前床中间位置处布置多个待测点，利用温度传感器获取待测点处的温度值；在燃烧室中间位置的外壁面布置压力传感器；所述发动机的推力范围为60～200N；2)在常温工作环境下，打开电磁阀阀门，在电磁阀阀门开启后，硝酸羟胺基推进剂通过电磁阀阀门流入到喷注器内，然后经由喷注器的毛细管喷入推力室内；控制电磁阀阀门开启关闭时间的占空比按照时间/占空比0.05s/2s，脉冲开闭10次，即开启0.05s，关闭2s，并循环10次；通过温度传感器和压力传感器记录实测的温度和压力值；所述推力室包括：催化前床、催化后床、燃烧室、喷管；3)判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤4)；所述启动温度值为200℃，启动压力值的取值范围为0.3～0.5Mpa，优选的启动压力值为0.4Mpa；4)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.1s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.1s，关闭1s，循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤5)；5)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.2s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.2s，关闭1s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤6)；6)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.2s/0.5s，脉冲开闭10次，即开启0.2s，关闭0.5s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤7)；7)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.3s/0.5s，脉冲开闭10次，即开启0.3s，关闭0.5s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤8)；8)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，开启时间增加0.1s，关闭时间恒定0.5s，每循环10次条件判断一次催化前床温度是否达到启动温度值且燃烧室压力是否达到启动压力值，若没有则以每循环脉冲开闭10次开启时间增加0.1s的幅度调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，直至催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值后，则进入步骤9)；9)启动发动机推力室内硝酸羟胺基推进剂催化分解和燃烧反应。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：1)本专利技术提出一种常温下的脉冲启动的方法，可以随着HAN发动机内催化分解和燃烧反应过程中温度和压力的不同，及时调整脉冲的策略，为HAN发动机实现可靠常温启动提供了重要的参考；2)本专利技术突破传统需要加热器预热的方式，通过前期脉冲小流量的输出，来逐步激活HAN发动机内催化分解和燃烧反应过程，通过不断修正点火脉冲策略模式，来使得发动机常温启动的目的，减少了系统安装的复杂性和对于电源能量的损耗。附图说明图1为本专利技术方法流程图。具体实施方式本专利技术一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法从使催化床快速预热的角度出发，采用脉冲点火的方式使少量推进剂进入催化床，通过少量推进剂在催化床内的缓慢分解放热，使催化床温度从初始温度逐步升高，当催化床温度和燃烧室压力达到一定量值后，再进行发动机稳态工作，即可实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火。HAN发动机是由电磁阀、喷注器以及催化床构成，而判断发动机是否正常启动，则需要判断催化前床中间位置和出口处，和燃烧室中间位置处的温度变化值，以及燃烧室中间位置处的压力变化值，因此，需要在相应位置处布置温度传感器和压力传感器；本专利技术一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，流程如图1所示，包括步骤如下：1)在电磁阀、喷注器、催化前床中间位置、催化前床出口处，和燃烧室中间位置处布置多个待测点，利用温度传感器获取待测点处的温度值；在燃烧室中间位置的外壁面布置压力传感器；所述发动机的推力范围为60～200N；2)在常温(15～25℃)工作环境下，打开电磁阀阀门，在电磁阀阀门开启后，硝酸羟胺(HAN)基推进剂通过电磁阀阀门流入到喷注器内，然后经由喷注器的毛细管喷入推力室内；控制电磁阀阀门开启关闭时间的占空比按照时间/占空比0.05s/2s，脉冲开闭10次，即开启0.05s，关闭2s，并循环10次；通过温度传感器和压力传感器记录实测的温度和压力值；所述推力室包括：催化前床、催化后床、燃烧室、喷管；3)判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤4)；所述启动温度值为200℃，启动压力值的取值范围为0.3～0.5Mpa，优选的启动压力值为0.4Mpa；4)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.1s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.1s，关闭1s，循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，其特征在于，包括步骤如下：/n1)在催化前床中间位置处布置多个待测点，利用温度传感器获取待测点处的温度值；在燃烧室中间位置的外壁面布置压力传感器；所述发动机的推力范围为60～200N；/n2)在常温工作环境下，打开电磁阀阀门，在电磁阀阀门开启后，硝酸羟胺基推进剂通过电磁阀阀门流入到喷注器内，然后经由喷注器的毛细管喷入推力室内；控制电磁阀阀门开启关闭时间的占空比按照时间/占空比0.05s/2s，脉冲开闭10次，即开启0.05s，关闭2s，并循环10次；通过温度传感器和压力传感器记录实测的温度和压力值；所述推力室包括：催化前床、催化后床、燃烧室、喷管；/n3)判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤4)；/n4)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.1s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.1s，关闭1s，循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤5)；/n5)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.2s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.2s，关闭1s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤6)；/n6)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.2s/0.5s，脉冲开闭10次，即开启0.2s，关闭0.5s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤7)；/n7)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.3s/0.5s，脉冲开闭10次，即开启0.3s，关闭0.5s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤8)；/n8)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，开启时间增加0.1s，关闭时间恒定0.5s，每循环10次条件判断一次催化前床温度是否达到启动温度值且燃烧室压力是否达到启动压力值，若没有则以每循环脉冲开闭10次开启时间增加0.1s的幅度调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，直至催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值后，则进入步骤9)；/n9)启动发动机推力室内硝酸羟胺基推进剂催化分解和燃烧反应。/n...

【技术特征摘要】
1.一种实现硝酸羟胺发动机快速常温启动的点火方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)在催化前床中间位置处布置多个待测点，利用温度传感器获取待测点处的温度值；在燃烧室中间位置的外壁面布置压力传感器；所述发动机的推力范围为60～200N；
2)在常温工作环境下，打开电磁阀阀门，在电磁阀阀门开启后，硝酸羟胺基推进剂通过电磁阀阀门流入到喷注器内，然后经由喷注器的毛细管喷入推力室内；控制电磁阀阀门开启关闭时间的占空比按照时间/占空比0.05s/2s，脉冲开闭10次，即开启0.05s，关闭2s，并循环10次；通过温度传感器和压力传感器记录实测的温度和压力值；所述推力室包括：催化前床、催化后床、燃烧室、喷管；
3)判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤4)；
4)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.1s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.1s，关闭1s，循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤5)；
5)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比0.2s/1s，脉冲开闭10次，即开启0.2s，关闭1s，并循环10次；并通过温度传感器和压力传感器的记录实测的温度和压力值；然后判断是否催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，若催化前床温度达到启动温度值且燃烧室压力达到启动压力值，则进入步骤9)；反之，则进入步骤6)；
6)调整电磁阀阀门开启关闭时间的占空比，按照时间/占空比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，陈君，刘瀛龙，杨春雷，张志伟，汪旭东，高晨光，于金盈，刘旭辉，白松，杨小菊，陈阳，杨蕊，周旭冉，庚喜慧，赵立伟，李星光，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11