一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统技术方案

本发明专利技术属于泵压式发动机起动点火方法及系统，为解决目前具备三次及以上起动能力的泵压式液体火箭发动机，系统复杂且可靠性低，采用的自燃点火剂由于剧毒且与空气接触会发生自燃，导致使用维护性差的技术问题，提供基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统，通过高压氮气分别对过氧化氢和煤油增压，过氧化氢在催化剂的作用下分解为高温气体，并与煤油燃烧产生高温燃气驱动涡轮旋转或进入推力室，涡轮带动与其同轴相连的氧化剂泵和燃料泵同步工作对氧化剂和燃料增压，分别进入推力室和燃气发生器，进入推力室的高温燃气使推力室中的煤油自燃，并点燃进入推力室的氧化剂和燃料，使推力室工作并产生推力。使推力室工作并产生推力。使推力室工作并产生推力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统


[0001]本专利技术属于泵压式发动机起动点火方法及系统，具体涉及一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统。

技术介绍

[0002]能够回收和重复使用的运载火箭，由于其发射成本低被广泛应用。其中，泵压式液体火箭发动机是该类火箭的关键部分，其具有高性能且能够重复使用。
[0003]当前，绝大多数泵压式液体火箭发动机均为一次起动，不具备多次起动和点火能力，仅有少数发动机具备两次起动和点火能力，其通过分别安装两个火药启动器和两个火药点火器来实现发动机的两次起动，但由于受发动机空间结构的限制，这种方案无法实现三次以上的起动。还有发动机采用氦气/氮气吹除涡轮结合多次喷注自燃点火剂的方案，实现了发动机的多次起动和点火，为实现多次起动，需要设置一套高压氦气/氮气供应系统，为实现多次点火，还需要设置一套单独的点火剂供应系统，系统复杂，可靠性低，而且，对于大推力发动机，多次起动需要大量高压氦气，将给火箭系统造成负担，另外，实现多次点火的自燃点火剂一般采用与煤油相容的三乙基铝和三乙基硼混合液，有剧毒，且与空气接触会发生自燃，安全性和使用维护性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决目前具备三次及以上起动能力的泵压式液体火箭发动机，需要额外设置一套高压氦气/氮气供应系统和一套单独的点火剂供应系统，系统复杂且可靠性低，携带大量高压氦气将给火箭系统造成负担，采用的自燃点火剂由于剧毒且与空气接触会发生自燃，导致使用维护性差的技术问题，提供一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：S1，通过高压氮气分别对过氧化氢和煤油增压；增压后的过氧化氢在催化剂的作用下分解为高温气体，与增压后的煤油燃烧后产生高温燃气，一部分驱动涡轮工作，另一部分进入推力室待用；S2，涡轮带动与其同轴相连的氧化剂泵和燃料泵同步工作，通过氧化剂泵和燃料泵分别对氧化剂和燃料增压，增压后的氧化剂和燃料一部分进入推力室，另一部分进入燃气发生器；S3，进入推力室的高温燃气使推力室中已有燃料自燃，并点燃进入推力室的氧化剂和燃料，使推力室工作并产生推力；进入燃气发生器的氧化剂和燃料在涡轮中高温燃气的作用下点火燃烧，产生的燃气驱动涡轮继续工作，直至达到预设工况，切断过氧化氢和煤油进入起动器和推力室的点
火器，完成起动点火。
[0006]本专利技术还提供了一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特殊之处在于，用于实现上述基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法，包括氮气供应单元、过氧化氢贮箱、点火器、煤油贮箱、燃料泵、氧化剂泵、推力室、起动器、涡轮和燃气发生器；所述氮气供应单元分别与过氧化氢贮箱入口和煤油贮箱入口连通，过氧化氢贮箱出口和煤油贮箱出口均与起动器入口连通，起动器出口与涡轮连通；所述涡轮、燃料泵和氧化剂泵同轴连接；所述燃气发生器与涡轮连通；所述点火器入口分别与过氧化氢贮箱和起动器之间的管路、煤油贮箱和起动器之间的管路连通；所述燃料泵出口和氧化剂泵出口均与燃气发生器连通；所述推力室与点火器出口、燃料泵出口、氧化剂泵出口连通；所述起动器和点火器中设有用于催化过氧化氢的催化剂。
[0007]进一步地，所述氮气供应单元包括氮气瓶、气体截止阀和减压阀；所述气体截止阀和减压阀依次设置于氮气瓶至过氧化氢贮箱和煤油贮箱之间的管路上。
[0008]进一步地，所述起动器包括依次连通的催化剂床、气喷嘴、燃料喷嘴和燃烧室；所述催化剂床的入口与过氧化氢贮箱连通；所述燃烧室内设有均流器；所述气喷嘴出口与燃料喷嘴入口连接处，气喷嘴外壁与燃料喷嘴内壁之间沿周向设有间隙；所述燃料喷嘴入口端侧壁沿周向开设有多个燃料喷孔，所述燃料喷孔沿燃料喷嘴侧壁切向开设并延伸至燃料喷嘴内，燃料喷孔出口位于所述间隙内，燃料喷孔与煤油贮箱连通。
[0009]进一步地，所述气喷嘴内设有节流孔板或节流孔。
[0010]进一步地，所述燃料喷嘴内壁呈锥面，其小端朝向燃烧室。
[0011]进一步地，所述起动器包括依次连通的催化剂床、前燃料喷嘴、前燃烧室、后燃料喷嘴和后燃烧室；所述催化剂床的入口与过氧化氢贮箱连通；所述前燃料喷嘴的侧壁上开设有多个前喷孔，所述后燃料喷嘴的侧壁上开设有多个后喷孔，前喷孔和后喷孔均与煤油贮箱连通，前喷孔用于部分煤油进入前燃烧室，后喷孔用于另一部分煤油进入后燃烧室；所述前燃料喷嘴与催化剂床相连的一端设有节流孔或节流孔板。
[0012]进一步地，所述前喷孔包括多个均布的前燃料喷孔和多个均布的前冷却喷孔；前燃料喷嘴与前燃烧室同轴设置，前燃料喷孔的轴线与前燃烧室的轴线相垂直，前冷却喷孔的出口朝向前燃烧室的内壁；所述后喷孔包括多个均布的后燃料喷孔和多个均布的后冷却喷孔，前燃烧室、后燃料喷嘴和后燃烧室同轴设置，后燃料喷孔的轴线与所述后燃烧室的轴线具有夹角，后冷却喷孔的出口朝向所述后燃烧室的内壁设置。
[0013]所述前燃料喷嘴包括第一前喷嘴段和第二前喷嘴段；所述第一前喷嘴段的内径小于催化剂床出口处内径，且小于第二前喷嘴段的内径，使第一前喷嘴段内腔形成节流孔或用于设置节流孔板；所述第二前喷嘴段呈阶梯柱状且仅设置一级阶梯，其小端朝向第一前喷嘴段；所述前燃料喷孔沿第二前喷嘴段靠近第一前喷嘴段部分的径向设置，所述前冷却喷孔设置在第二前喷嘴段的阶梯面上；所述后燃料喷嘴呈阶梯柱状且仅设置一级阶梯，其小端朝向前燃烧室；所述后燃料喷孔和所述后冷却喷孔均设置在后燃料喷嘴的阶梯面上。
[0014]另外，本专利技术还提供了一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特殊之处在于，用于实现上述基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法，包括氮气供应单元、过氧化氢贮箱、煤油贮箱、燃料泵、氧化剂泵、推力室、起动器、涡轮和燃气发生器；所述氮气供应单元分别与过氧化氢贮箱入口和煤油贮箱入口连通，过氧化氢贮箱出口和煤油贮箱出口均与起动器入口连通，起动器出口与涡轮连通；所述涡轮、燃料泵和氧化剂泵同轴连接；所述燃气发生器与涡轮连通；所述燃料泵出口和氧化剂泵出口均与燃气发生器连通；所述推力室与起动器和涡轮之间的管路、燃料泵出口、氧化剂泵出口连通；所述起动器中设有用于催化过氧化氢的催化剂。
[0015]进一步地，所述起动器包括依次连通的催化剂床、气喷嘴、燃料喷嘴和燃烧室；所述催化剂床的入口与过氧化氢贮箱连通；所述燃烧室内设有均流器；所述气喷嘴出口与燃料喷嘴入口连接处，气喷嘴外壁与燃料喷嘴内壁之间沿周向设有间隙；所述燃料喷嘴入口端侧壁沿周向开设有多个燃料喷孔，所述燃料喷孔沿燃料喷嘴侧壁切向开设并延伸至燃料喷嘴内，燃料喷孔出口位于所述间隙内，燃料喷孔与煤油贮箱连通；或者，所述起动器包括依次连通的催化剂床、前燃料喷嘴、前燃烧室、后燃料喷嘴和后燃烧室；所述催化剂床的入口与过氧化氢贮箱连通；所述前燃料喷嘴的侧壁上开设有多个前喷孔，所述后燃料喷嘴的侧壁上开设有多个后喷孔，前喷孔和后喷孔均与煤油贮箱连通，前喷孔用于部分煤油进入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，通过高压氮气分别对过氧化氢和煤油增压；增压后的过氧化氢在催化剂的作用下分解为高温气体，与增压后的煤油燃烧后产生高温燃气，一部分驱动涡轮（4）工作，另一部分进入推力室（8）待用；S2，涡轮（4）带动与其同轴相连的氧化剂泵（7）和燃料泵（6）同步工作，通过氧化剂泵（7）和燃料泵（6）分别对氧化剂和燃料增压，增压后的氧化剂和燃料一部分进入推力室（8），另一部分进入燃气发生器（9）；S3，进入推力室（8）的高温燃气点燃进入推力室（8）的氧化剂和燃料，使推力室（8）工作并产生推力；进入燃气发生器（9）的氧化剂和燃料在涡轮（4）中高温燃气的作用下点火燃烧，产生的燃气驱动涡轮（4）继续工作，直至达到预设工况，切断过氧化氢和煤油进入起动器（3）和推力室（8）的点火器（5），完成起动点火。2.一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特征在于：用于实现权利要求1所述基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法，包括氮气供应单元（1）、过氧化氢贮箱（2）、点火器（5）、煤油贮箱（12）、燃料泵（6）、氧化剂泵（7）、推力室（8）、起动器（3）、涡轮（4）和燃气发生器（9）；所述氮气供应单元（1）分别与过氧化氢贮箱（2）入口和煤油贮箱（12）入口连通，过氧化氢贮箱（2）出口和煤油贮箱（12）出口均与起动器（3）入口连通，起动器（3）出口与涡轮（4）连通；所述涡轮（4）、燃料泵（6）和氧化剂泵（7）同轴连接；所述燃气发生器（9）与涡轮（4）连通；所述点火器（5）入口分别与过氧化氢贮箱（2）和起动器（3）之间的管路、煤油贮箱（12）和起动器（3）之间的管路连通；所述燃料泵（6）出口和氧化剂泵（7）出口均与燃气发生器（9）连通；所述推力室（8）与点火器（5）出口、燃料泵（6）出口、氧化剂泵（7）出口连通；所述起动器（3）和点火器（5）中设有用于催化过氧化氢的催化剂。3.如权利要求2所述一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特征在于：所述氮气供应单元（1）包括氮气瓶（101）、气体截止阀（102）和减压阀（103）；所述气体截止阀（102）和减压阀（103）依次设置于氮气瓶（101）至过氧化氢贮箱（2）和煤油贮箱（12）之间的管路上。4.如权利要求2或3所述一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特征在于：所述起动器（3）包括依次连通的催化剂床（301）、气喷嘴（302）、燃料喷嘴（303）和燃烧室（304）；所述催化剂床（301）的入口与过氧化氢贮箱（2）连通；所述燃烧室（304）内设有均流器（305）；所述气喷嘴（302）出口与燃料喷嘴（303）入口连接处，气喷嘴（302）外壁与燃料喷嘴（303）内壁之间沿周向设有间隙；所述燃料喷嘴（303）入口端侧壁沿周向开设有多个燃料喷孔（306），所述燃料喷孔（306）沿燃料喷嘴（303）侧壁切向开设并延伸至燃料喷嘴（303）内，燃料喷孔（306）出口位于
所述间隙内，燃料喷孔（306）与煤油贮箱（12）连通。5.如权利要求4所述一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特征在于：所述气喷嘴（302）内设有节流孔板或节流孔（307）。6.如权利要求5所述一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特征在于：所述燃料喷嘴（303）内壁呈锥面，其小端朝向燃烧室（304）。7.如权利要求2或3所述一种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，其特征在于：所述起动器（3）包括依次连通的催化剂床（301）、前燃料喷嘴（308）、前燃烧室（309）、后燃料喷嘴（310）和后燃烧室（311）；所述催化剂床（301）的入口与过氧化氢贮箱（2）连通；所述前燃料喷嘴（308）的侧壁上开设有多个前喷孔，所述后燃料喷嘴（310）的侧壁上开设有多个后喷孔，前喷孔和后喷孔均与煤油贮箱（12）连通，前喷孔用于部分煤油进入前燃烧室（309），后喷孔用于另一部分煤油进入后燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷娟萍，高强，林革，任勇，雍雪君，
申请(专利权)人：西安未来空天引擎科技有限公司，
类型：发明
国别省市：