一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体粉末作为燃料，并包括依次连通的气源、流化器以及连续爆轰发动机；气源用于向流化器提供高压气体；流化器用于提供固体粉末；固体粉末通过高压气体吹起形成固体流化粉末，并在喷出流化器后进入连续爆轰发动机内；连续爆轰发动机具有燃烧室环腔，用于生成爆轰波并使进入燃烧室环腔内的固体流化粉末、氢气和氧气形成连续旋转爆轰波。上述发动机系统采用固体燃料，集合了固体燃料和连续旋转爆轰的优势，并且具有结构简单、固体流化粉末喷注均匀可控、粉末流量大、掺混充分、爆轰波传播稳定的特点。爆轰波传播稳定的特点。爆轰波传播稳定的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统


[0001]本专利技术涉及航空航天发动机结构设计
，具体涉及一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统。

技术介绍

[0002]传统推进系统主要采用爆燃这种燃烧方式产生动力。爆燃是由扩散现象主导的化学反应放热过程，因此较小的组分扩散速度和热扩散速度决定了其缓燃波传播速度比较低，一般是米每秒量级，并且这种等压放热过程熵增大，热效率较低。与其他因素相比，燃烧带来的熵增占据较大的比重，因而对燃烧方式的改变有望显著提高推进系统的热效率。
[0003]爆轰波是前导激波与波后化学反应放热耦合形成的一种超声速燃烧波，前导激波压缩可燃混合物，使其温度和压强升高并快速完成化学反应放热，所放出的热量支持着爆轰波继续向前传播，其传播速度一般在千米每秒量级。爆轰这种燃烧方式接近等容燃烧，因此熵增小，热效率高，并且具备自增压优势。连续爆轰发动机，也称旋转爆轰发动机，是一种利用爆轰波在燃烧室内连续旋转传播，并产生稳定推力的发动机。燃烧室为同轴圆环腔结构，左端为进气固壁，可燃气体通过分布于此环形面上的缝隙或小孔均匀并持续入射到燃烧室内。当环腔已充入足够可燃预混气时，用电火花或者预爆轰管起爆爆轰波。在传播过程中，爆轰波不断扫过波前的可燃气体，绕环腔周向旋转传播。波后燃烧产物在斜激波与膨胀波的共同作用下，沿轴线方向从开口端喷出燃烧室并产生推力。由于燃烧室内的连续爆轰波高速旋转，连续爆轰发动机不仅保留了爆轰燃烧的高效性，而且实现了燃烧的连续性。连续爆轰发动机具有只需一次点火起爆、燃烧速度快、易控制、自压缩、体积小、没有活动部件、结构简单紧凑、可多次熄点火、热效率高、比冲大、推力大幅可调、推重比高、具备矢量调节能力等突出优点，是未来航空航天动力的重要发展方向。
[0004]同时，固体火箭发动机是以按预先配方固化的固体推进剂为燃料和氧化剂的火箭动力装置，具有结构简单、易贮存、成本低、用途广、发射准备时间短、机动性好、可靠性高等优点，是战略和战术导弹主要采用的动力装置。
[0005]随着气态燃料和液态燃料的连续爆轰发动机的广泛深入研究，专利技术人发现将固体燃料和连续旋转爆轰的优势相结合成为摆在面前的巨大挑战。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体燃料，集合了固体燃料和连续旋转爆轰的优势，并且具有结构简单、固体流化粉末喷注均匀可控、粉末流量大、掺混充分、爆轰波传播稳定的特点。
[0007]本专利技术采用以下具体技术方案：一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体粉末作为燃料，并包括依次连通的气源、流化器以及连续爆轰发动机；所述气源用于向所述流化器提供高压气体；
所述流化器用于提供固体粉末；所述固体粉末通过高压气体吹起形成固体流化粉末，并在喷出所述流化器后进入所述连续爆轰发动机内；所述连续爆轰发动机具有燃烧室环腔，用于生成爆轰波并使进入所述燃烧室环腔内的固体流化粉末、氢气和氧气形成连续旋转爆轰波。
[0008]更进一步地，所述流化器包括进气管、电机、活塞、固体粉末储箱、气体粉末预混段以及流化粉末喷口；所述进气管连通所述气源与所述气体粉末预混段；所述气体粉末预混段固定安装于所述固体粉末储箱的顶部，并具有用于形成固体流化粉末的混合腔；所述固体粉末储箱用于储存固体粉末；所述电机与所述活塞传动连接，用于驱动所述活塞沿竖直方向运动；所述活塞与所述固体粉末储箱滑动配合，用于将所述固体粉末储箱中的固体粉末推送至所述气体粉末预混段内；所述流化粉末喷口位于所述气体粉末预混段的顶部，并与所述连续爆轰发动机连通。
[0009]更进一步地，所述连续爆轰发动机还具有气流通道、固体流化粉末入口、氢气进气口、氧气进气口、内侧集气腔、外侧集气腔以及预爆轰管；所述固体流化粉末入口与所述流化粉末喷口连通；所述气流通道的一端为所述固体流化粉末入口且与所述氢气进气口连通，另一端与所述内侧集气腔的一端连通；所述内侧集气腔的另一端与所述燃烧室环腔连通；所述外侧集气腔设置于所述内侧集气腔的外周侧，并连通于所述氧气进气口与所述燃烧室环腔之间；所述预爆轰管与所述燃烧室环腔连通，用于生成爆轰波。
[0010]更进一步地，所述连续爆轰发动机包括进气管路、内侧集气腔体、外侧集气腔体、燃烧室壳体、燃料盘、内柱、连接盘、尾锥以及尾罩；所述进气管路的内部通道形成所述气流通道，一端为所述固体流化粉末入口并通过法兰和管道与所述流化粉末喷口连通，另一端与所述外侧集气腔体固定连接，并与所述内侧集气腔连通；所述氢气进气口贯穿所述进气管路的侧壁设置，用于连接氢气源；所述内侧集气腔体为帽型结构，内部形成所述内侧集气腔，固定安装于所述外侧集气腔体内且间隔套设于所述外侧集气腔体的内周侧，在所述外侧集气腔体与所述内侧集气腔体之间形成环形的所述外侧集气腔；所述燃烧室壳体与所述尾罩均为两端开口的圆环形壳体，并且所述燃烧室壳体固定连接于所述外侧集气腔体与所述尾罩之间；所述燃料盘位于所述燃烧室壳体内且与所述内侧集气腔体固定连接，并设置有用于连通所述燃烧室环腔与所述外侧集气腔的外侧环缝、以及用于连通所述内侧集气腔的内侧环缝；所述燃料盘与所述内柱之间具有径向缝隙，所述径向缝隙用于连通所述内侧环缝
和所述燃烧室环腔；所述内柱固定连接于所述内侧集气腔体，并在所述径向缝隙与所述外侧环缝交汇处设置有凸起；所述尾锥通过所述连接盘固定安装于所述内柱背离所述内侧集气腔体的一端，一端位于所述燃烧室壳体内，另一端为圆锥形且露出于所述尾罩外侧；所述预爆轰管安装于所述燃烧室壳体靠近所述外侧集气腔体的一端；所述氧气进气口贯穿所述外侧集气腔体的侧壁，用于连接氧气源；所述燃烧室壳体、所述内柱、所述连接盘以及所述尾锥围绕形成所述燃烧室环腔。
[0011]更进一步地，所述预爆轰管由方腔、金属管和火花塞组成；所述方腔的侧壁开设有氢气进气孔和氧气进气孔，顶端安装有所述火花塞，底端通过所述金属管与所述燃烧室壳体相切连接且与所述燃烧室环腔连通；所述火花塞用于点燃从所述氢气进气孔进入的氢气和从所述氧气进气孔进入的氧气，形成的爆轰波通过所述金属管进入所述燃烧室环腔。
[0012]更进一步地，还包括位于所述尾锥内的双头螺柱；所述双头螺柱的一端与所述连接盘螺纹连接，另一端与所述尾锥螺纹连接；所述尾锥的外端部设置有方便拆卸的内六角孔。
[0013]更进一步地，所述氧气进气口设置有4个，并沿所述外侧集气腔体的周向均匀分布。
[0014]更进一步地，所述气源由多个气罐串联构成。
[0015]更进一步地，所述进气管中安装有用于控制流量的阀门；所述气罐为氮气罐。
[0016]更进一步地，所述固体粉末为铝粉或镁粉。
[0017]有益效果：基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体燃料，集合了固体燃料和连续旋转爆轰的优势，并且具有结构简单、固体流化粉末喷注均匀可控、粉末流量大、掺混充分、爆轰波传播稳定的特点。
[0018]本专利技术采用以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，其特征在于，采用固体粉末作为燃料，并包括依次连通的气源、流化器以及连续爆轰发动机；所述气源用于向所述流化器提供高压气体；所述流化器用于提供固体粉末；所述固体粉末通过高压气体吹起形成固体流化粉末，并在喷出所述流化器后进入所述连续爆轰发动机内；所述连续爆轰发动机具有燃烧室环腔，用于生成爆轰波并使进入所述燃烧室环腔内的固体流化粉末、氢气和氧气形成连续旋转爆轰波。2.如权利要求1所述的连续爆轰固体火箭发动机系统，其特征在于，所述流化器包括进气管、电机、活塞、固体粉末储箱、气体粉末预混段以及流化粉末喷口；所述进气管连通所述气源与所述气体粉末预混段；所述气体粉末预混段固定安装于所述固体粉末储箱的顶部，并具有用于形成固体流化粉末的混合腔；所述固体粉末储箱用于储存固体粉末；所述电机与所述活塞传动连接，用于驱动所述活塞沿竖直方向运动；所述活塞与所述固体粉末储箱滑动配合，用于将所述固体粉末储箱中的固体粉末推送至所述气体粉末预混段内；所述流化粉末喷口位于所述气体粉末预混段的顶部，并与所述连续爆轰发动机连通。3.如权利要求2所述的连续爆轰固体火箭发动机系统，其特征在于，所述连续爆轰发动机还具有气流通道、固体流化粉末入口、氢气进气口、氧气进气口、内侧集气腔、外侧集气腔以及预爆轰管；所述固体流化粉末入口与所述流化粉末喷口连通；所述气流通道的一端为所述固体流化粉末入口且与所述氢气进气口连通，另一端与所述内侧集气腔的一端连通；所述内侧集气腔的另一端与所述燃烧室环腔连通；所述外侧集气腔设置于所述内侧集气腔的外周侧，并连通于所述氧气进气口与所述燃烧室环腔之间；所述预爆轰管与所述燃烧室环腔连通，用于生成爆轰波。4.如权利要求3所述的连续爆轰固体火箭发动机系统，其特征在于，所述连续爆轰发动机包括进气管路、内侧集气腔体、外侧集气腔体、燃烧室壳体、燃料盘、内柱、连接盘、尾锥以及尾罩；所述进气管路的内部通道形成所述气流通道，一端为所述固体流化粉末入口并通过法兰和管道与所述流化粉末喷口连通，另一端与所述外侧集气腔体固定连接，并与所述内侧集气腔连通；所述氢气进气口贯穿所述进气管路的侧壁设置，用于连接氢气源；所述内侧集气腔体为帽型结构，内部形成所述内侧集气腔，固定安装于所述外侧集气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健平，武文斌，马壮，张允祯，王英男，韩文博，王康，汪根来，张明亮，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：