本发明专利技术涉及固液火箭发动机技术领域，具体涉及一种固液火箭发动机催化床及其冷却和预热系统、方法。固液火箭发动机催化床，包括头盖、催化床本体结构、催化床反应室壳体和冷却通道外壳；催化床反应室壳体内设置有第一容置腔体，第一容置腔体中设置有所述催化床本体结构；催化床反应室壳体的外部连接设置有所述冷却通道外壳，冷却通道外壳上设置有冷却气体入口和冷却气体出口；所述催化床反应室壳体与所述头盖相连接。本发明专利技术的催化床采用夹套式主动冷却方式，可源源不断地带走催化床反应室的热量，避免热量积存，长时间工作条件下，催化反应室的温度可控制在500℃以下，因此可采用较薄的壁面和密度较低的高温合金，显著降低结构质量与成本。量与成本。量与成本。
【技术实现步骤摘要】
固液火箭发动机催化床及其冷却和预热系统、方法
[0001]本专利技术涉及固液火箭发动机
，具体而言，涉及一种固液火箭发动机催化床及其冷却和预热系统、方法。
技术介绍
[0002]高浓度过氧化氢催化床是先进固液动力技术的核心分系统之一，催化床和催化反应室是其中的关键组件，对动力系统工作载荷、变工况动力输出、应用寿命以及稳定性与可靠性有决定性影响，是先进固液动力技术研究需要重点突破的内容之一。
[0003]98％浓度过氧化氢催化分解后温度可达1000℃以上，并形成高达40％以上的富氧气氛，因此热防护是过氧化氢催化床设计需要解决的关键问题。传统的催化床结构均采用高温合金作为催化反应室的外壳材料，通过材料本身的耐热能力保障催化床工作过程中的结构稳定性与结构可靠性。高温合金的强度随着温度升高而降低，这就导致需要很厚的壁面保障高温下的强度，同时一般高温合金耐温性能与密度成正比，因此结构质量很重。
[0004]传统的催化床结构均采用整体式催化反应室，通过壁面的厚度保障高温下反应室的强度。并且，传统的催化床结构无法预热，催化床启动延迟一般较大，初期催化效率较低。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种固液火箭发动机催化床，采用冷却通道式催化反应室，在整体式催化反应室基础上，设置冷却通道，可以在保障强度的基础上减轻结构质量。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的固液火箭发动机催化床的预热和冷却系统，通过将涡流管与催化床结构进行搭配连接，进而对催化床起到优异的预热和冷却效果。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种采用如上所述的预热和冷却系统实施预热和冷却的方法，该方法可对固液火箭发动机催化床起到优异的预热效果和冷却效果。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0010]一种固液火箭发动机催化床，包括头盖、催化床本体结构、催化床反应室壳体和冷却通道外壳；
[0011]所述催化床反应室壳体内设置有第一容置腔体，所述第一容置腔体中设置有所述催化床本体结构，所述催化床本体结构包括催化床壳体，所述催化床壳体与所述催化床反应室壳体相连接，所述催化床壳体的内部设置有第二容置腔体，所述第二容置腔体中，沿进口至出口方向依次设置有催化剂网和气体喷注面板；
[0012]所述催化床反应室壳体的外部连接设置有所述冷却通道外壳，所述冷却通道外壳上设置有冷却气体入口和冷却气体出口；
[0013]所述催化床反应室壳体的与所述头盖相连接；所述头盖的内部设置有头盖腔体，
所述头盖腔体包括氧化剂入口和氧化剂出口，所述头盖内部靠近所述氧化剂出口连接设置有液体喷注面板，所述液体喷注面板的第一端面和氧化剂入口形成集液头腔；所述氧化剂出口与所述催化床壳体的入口端相连接。
[0014]优选地，所述催化床反应室壳体的外壁面沿周向设置有散热片；
[0015]优选地，所述散热片在所述催化床反应室壳体的外壁面的周向呈均匀分布；
[0016]优选地，所述散热片的厚度为2～3mm。
[0017]优选地，所述第一容置腔体的内部还设置有调整挡圈，所述调整挡圈连接设置于所述催化床壳体的出口端；
[0018]优选地，所述调整挡圈与所述催化床壳体同轴设置。
[0019]优选地，所述催化床反应室壳体的出口端外壁连接设置有催化床法兰盘；
[0020]优选地，所述催化床反应室壳体的出口端设置有催化床绝热层，所述催化床绝热层与所述催化床法兰盘通过粘接槽相连接。
[0021]优选地，所述液体喷注面板上设置有多个液体喷注孔；
[0022]优选地，所述液体喷注孔在所述液体喷注面板的周向上分多层布置；
[0023]优选地，所述液体喷注孔采取阶梯孔；所述阶梯孔的收缩比为6～12。
[0024]优选地，所述气体喷注面板上设计有多个氧化剂气体喷注孔；
[0025]优选地，所述氧化剂气体喷注孔在所述气体喷注面板上呈周向分多层布置，每层周向均布；
[0026]优选地，所述冷却气体入口靠近所述第二容置腔体的出口端；所述冷却气体出口靠近所述第二容置腔体的入口端。
[0027]固液火箭发动机催化床的预热和冷却系统，包括涡流管和如上所述的固液火箭发动机催化床；
[0028]所述涡流管包括热气体出口、冷气体出口和压缩气体入口；
[0029]所述热气体出口与氧化剂入口可拆卸连接，用以对过氧化氢催化床结构进行预热；
[0030]所述冷气体出口与所述冷却气体入口相连接。
[0031]优选地，所述涡流管包括涡流管本体和涡流管调节阀；
[0032]沿所述涡流管本体的长度方向上，所述涡流管本体的内部依次设置有相连通的热气体管路、涡流腔室和冷气体管路，所述热气体管路连通所述热气体出口，所述冷气体管路连通所述冷气体出口；所述压缩气体入口与所述涡流腔室相连通；
[0033]所述冷气体管路为扩张喷管；
[0034]所述涡流腔室至所述热气体出口的方向上，所述热气体管路包括依次相连通的第一扩张喷管、收敛喷管和第二扩张喷管；
[0035]所述涡流管调节阀包括与所述涡流管本体相配合的涡流管调节阀壳体；所述涡流管调节阀壳体的内壁连接设置有挡板，所述挡板的第一侧面与所述涡流管调节阀围合形成热气体出口管路；所述挡板的第二侧面的中心区域设置有圆锥体，所述圆锥体的底面连接所述第二侧面；所述挡板设置有多个连接通孔，所述连接通孔环绕所述圆锥体；
[0036]所述涡流管调节阀壳体的部分内壁与所述涡流管本体热气体出口的部分外壁通过螺纹相连接，并使所述圆锥体伸入所述热气体管路。
[0037]采用如上所述的预热和冷却系统实施预热和冷却的方法，包括以下步骤：
[0038](a)涡流管分离的热气体进入催化床的内部进行预热；
[0039](b)停止预热，液体过氧化氢进入催化床的内部进行催化分解，同时涡流管分离的冷气体进入冷却通道外壳对催化床进行冷却。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0041](1)本专利技术的固液火箭发动机过氧化氢催化床结构采用夹套式主动冷却方式，可以源源不断地带走催化床反应室的热量，避免热量积存，长时间工作条件下，催化反应室的温度可以控制在500℃以下，因此可以采用较薄的壁面和密度较低的高温合金，显著降低结构质量与成本。
[0042](2)本专利技术的预热和冷却系统，通过将涡流管与催化床结构进行搭配连接，进而对催化床起到优异的预热和冷却效果。
[0043](3)本专利技术的预热和冷却的方法，在催化床启动前预先通过涡流管热端对催化床进行加热，使其具有较高的初始温度；通过涡流管冷端对催化床反应室壳体进行冷却；催化床启动后，关闭涡流管热端，仅通过涡流管冷端对催化床反应室壳体进行冷却，可以降低催化床启动延迟，提高催化床的催化效率。
附图说明
[0044]为了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种固液火箭发动机催化床，其特征在于，包括头盖、催化床本体结构、催化床反应室壳体和冷却通道外壳；所述催化床反应室壳体内设置有第一容置腔体，所述第一容置腔体中设置有所述催化床本体结构，所述催化床本体结构包括催化床壳体，所述催化床壳体与所述催化床反应室壳体相连接，所述催化床壳体的内部设置有第二容置腔体，所述第二容置腔体中，沿进口至出口方向依次设置有催化剂网和气体喷注面板；所述催化床反应室壳体的外部连接设置有所述冷却通道外壳，所述冷却通道外壳上设置有冷却气体入口和冷却气体出口；所述催化床反应室壳体的与所述头盖相连接；所述头盖的内部设置有头盖腔体，所述头盖腔体包括氧化剂入口和氧化剂出口，所述头盖内部靠近所述氧化剂出口连接设置有液体喷注面板，所述液体喷注面板的第一端面和氧化剂入口形成集液头腔；所述氧化剂出口与所述催化床壳体的入口端相连接。2.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床，其特征在于，所述催化床反应室壳体的外壁面沿周向设置有散热片；优选地，所述散热片在所述催化床反应室壳体的外壁面的周向呈均匀分布；优选地，所述散热片的厚度为2～3mm。3.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床，其特征在于，所述第一容置腔体的内部还设置有调整挡圈，所述调整挡圈连接设置于所述催化床壳体的出口端；所述调整挡圈与所述催化床壳体同轴设置。4.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床，其特征在于，所述催化床反应室壳体的出口端外壁连接设置有催化床法兰盘；优选地，所述催化床反应室壳体的出口端设置有催化床绝热层，所述催化床绝热层与所述催化床法兰盘通过粘接槽相连接。5.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床，其特征在于，所述液体喷注面板上设置有多个液体喷注孔；优选地，所述液体喷注孔在所述液体喷注面板的周向上分多层布置；优选地，所述液体喷注孔采取阶梯孔；所述阶梯孔的收缩比为6～12。6.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床，其特征在于，所述气体喷注面板上设计有多个氧化剂气...
【专利技术属性】
技术研发人员：田辉，孟祥宇，蔡国飙，姜宪珠，魏天放，辜小明，陈瑞凯，卢裕东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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