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，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/氮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，提供基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统，通过氮气对过氧化氢增压，增压后的过氧化氢在催化剂的作用下分解为高温气体，分别驱动涡轮工作和进入推力室待用，涡轮带动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，增压后分别进入推力室和燃气发生器。力室和燃气发生器。力室和燃气发生器。

【技术实现步骤摘要】
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，具体涉及基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法及系统。

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，通过氮气对过氧化氢增压，增压后的过氧化氢在催化剂的作用下分解为高温气体，分别用于驱动涡轮工作和进入推力室待用；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，进入推力室的高温气体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气体的作用下点火燃烧，产生的高温燃气驱动涡轮继续工作，直至达到预设工况，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，包括点火器、燃料泵、氧化剂泵、推力室、燃气发生器，以及依次连通的氮气供应单元、过氧化氢贮箱、起动器和涡轮；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；所述点火器与过氧化氢贮箱和起动器之间的管路连通；所述推力室与点火器出口、燃料泵出口、氧化剂泵出口连通；所述燃料泵出口和氧化剂泵出口均与燃气发生器连通；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和过氧化氢贮箱之间的管路上。本专利技术的氮气供应单元还可采用其他供应系统，如其他的实时供应系统，气体截止阀和减压阀的阀门种类也可根据系统需要进行适当选择。
[0008]进一步地，起动器的结构可以是包括依次连通的催化剂床、喷嘴和膨胀室；所述催化剂床的入口与过氧化氢贮箱连通；所述喷嘴内设有节流孔或节流孔板；所述膨胀室出口与涡轮相连。
[0009]进一步地，所述喷嘴包括靠近催化剂床的第一喷嘴段和靠近膨胀室的第二喷嘴段；所述第一喷嘴段与催化剂床相连，其内径小于催化剂床出口处内径，且小于第二喷嘴段的内径，使第一喷嘴段内腔形成节流孔或用于设置节流孔板；所述第二喷嘴段与膨胀室相连。膨胀室的设置，能够使高温气体膨胀做功，第二喷嘴段的内腔一般可以设置为圆柱状，也可以根据需要对其形状进行调整。
[0010]进一步地，起动器结构中的催化剂床可以采用如下结构，催化剂床包括由入口处至出口处依次设置的入口段、反应段和出口段；所述入口段与过氧化氢贮箱连通；所述反应段内包括由入口段至出口段依次设置的集液腔、分配板、催化剂填料和支撑板；所述集液腔内径由入口段至出口段逐渐增大；所述分配板和所述支撑板分别设置于催化剂填料的两端，分配板设置于集液腔末端，分配板和支撑板均与反应段内壁相接；所述出口段与第一喷嘴段相连。
[0011]另外，本专利技术还提供了另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，包括燃料泵、氧化剂泵、推力室、燃气发生器，以及依次连通的氮气供应单元、过氧化氢贮箱、起动器和涡轮；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；所述燃料泵出口和氧化剂泵出口均与燃气发生器连通；所述起动器和点火器中设有用于催化过氧化氢的催化剂。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和过氧化氢贮箱之间的管路上。
[0012]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和过氧化氢贮箱之间的管路上。
[0013]进一步地，所述起动器包括依次连通的催化剂床、喷嘴和膨胀室；所述催化剂床的入口与过氧化氢贮箱相连；所述喷嘴内设有节流孔或节流孔板；所述膨胀室出口分别与推力室和涡轮相连。
[0014]进一步地，所述喷嘴包括靠近催化剂床的第一喷嘴段和靠近膨胀室的第二喷嘴段；所述第一喷嘴段与催化剂床相连，其内径小于催化剂床出口处内径，且小于第二喷嘴段的内径，使第一喷嘴段内腔形成节流孔或用于设置节流孔板；所述第二喷嘴段与膨胀室相连。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火方法，通过较为简单的起动点火方法完成了多次起动点火的目的，过程中使用的试剂均无毒且安全可靠。
[0016]2.本专利技术提出了两种基于过氧化氢的泵压式发动机起动点火系统，一种包含点火器，一种可以不单独设置点火器，起动器和点火器均采用常温无毒的过氧化氢作为介质，与传统的火药起动器和火药点火器相比，更易实现多次起动，且更加安全可靠。另外，不设置点火器的方案，成本更低，系统结构更简单。
[0017]3.本专利技术系统采用集成化设计思想满足了多次起动和点火需求，系统简单可靠，过氧化氢单组元起动器和点火器一体化设计，还采用了液体起动器，整体质量轻，使用维护性好，是一种较为理想的发动机启动点火方案。
[0018]4.本专利技术中起动器可兼用发生器点火器功能，同时，还实现了涡轮起旋和发生器点火。
[0019]5.本专利技术起动器的喷嘴内设置节流孔或节流孔板，使过氧化氢分解气体流动过程中产生一定压降阻尼，有效减少低频振荡的可能性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例一的示意本文档来自技高网...

【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，通过氮气对过氧化氢增压，增压后的过氧化氢在催化剂的作用下分解为高温气体，分别用于驱动涡轮（4）工作和进入推力室（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）的高温气体使推力室（8）中已有燃料自燃，并点燃进入推力室（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）中高温气体的作用下点火燃烧，产生的高温燃气驱动涡轮（4）继续工作，直至达到预设工况，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，包括点火器（5）、燃料泵（6）、氧化剂泵（7）、推力室（8）、燃气发生器（9），以及依次连通的氮气供应单元（1）、过氧化氢贮箱（2）、起动器（3）和涡轮（4）；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）与过氧化氢贮箱（2）和起动器（3）之间的管路连通；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）和过氧化氢贮箱（2）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）、喷嘴（302）和膨胀室（305）；所述催化剂床（301）的入口与过氧化氢贮箱（2）连通；所述喷嘴（302）内设有节流孔（306）或节流孔板；所述膨胀室（305）出口与涡轮（4）相连。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：所述喷嘴（302）包括靠近催化剂床（1）的第一喷嘴段（3021）和靠近膨胀室（305）的第二喷嘴段（3022）；所述第一喷嘴段（3021）与催化剂床（301）相连，其内径小于催化剂床（301）出口处内径，且小于第二喷嘴段（3022）的内径，使第一喷嘴段（3021）内腔形成节流孔（306）或用于设置...

【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：