基于改进膨胀偏转喷管的大推力闭式膨胀循环火箭发动机.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109322765A(43)申请公布日2019.02.12(21)申请号201810856343.6(22)申请日2018.07.31(71)申请人李鹏地址100142北京市海淀区西八里庄北里42-1-101(72)发明人李鹏(51)Int.Cl.F02K9/80(2006.01)F02K9/97(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于改进膨胀偏转喷管的大推力闭式膨胀循环火箭发动机(57)摘要本发明公开了一种使用膨胀/偏转喷管的闭式膨胀循环火箭发动机，特别是涉及一种其膨胀/偏转喷管的菌状中心体有较粗的直径，且其表面也是驱动涡轮工质所流过的换热器表面的闭式膨胀循环火箭发动机。由于有更多的吸热表面，吸收了更多热能的工质能够以更高的功率驱动涡轮，使本发明突破了以往业界公认的闭式膨胀循环火箭发动机推力不大于30吨的限制。菌状中心体菌杆部分的截面偏离圆形，配合周围均匀或非均匀排布的针栓喷注器流量上的差异控制，实现了在喷管固定情况下的三轴矢量推进。嵌入加粗的中心体菌杆部分的涡轮可以省掉通向涡轮的管路。同轴对转涡轮分别驱动燃料泵和氧化剂泵的结构减小了体积。CN109322765ACN109322765A权利要求书1/1页1.基于改进膨胀偏转喷管的大推力闭式膨胀循环火箭发动机，其特征在于：其膨胀/偏转喷管(9)的菌状中心体有较粗的直径，且其表面也是驱动涡轮工质所流过的换热器表面，冷却工质的整个流动路径是：从下向上流过燃烧室喉部(10)，向上流过燃烧室柱面内壁(1)，由燃烧室顶盖(4)边缘径向向内流过燃烧室顶盖，向下流过中心体菌杆侧壁(2)，径向向外流到菌冠(11)边缘，再通过一个发卡弯转向后径向向内流向菌冠中心的工质汇集区域(12)，径向向外流到菌冠边缘和径向向内回流的通道都可以是蜿蜒的，以充分利用菌冠的面积，各个流道的出口末端不指向菌冠的圆心，而是有一定切向的偏转，使汇集的工质带旋转地、更高效地冲击涡轮(5)，在流过燃烧室顶盖时冷却通路要躲开针栓喷注器的安装位置。2.权利要求1所述发动机，进一步让涡轮嵌入加粗的中心体菌杆部分，使来自中心体菌冠处工质汇集区的工质直接冲击涡轮(5)，而无需连接管路。3.权利要求2所述发动机，当涡轮泵采用双轴设计方案时，采用同轴对转涡轮分别驱动燃料泵和氧化剂泵，一级涡轮(5)通过内轴(6)驱动高功率泵，二级涡轮(7)通过套筒状的外轴(8)驱动低功率泵，两级涡轮间无定子叶片。4.权利要求1所述发动机，进一步中心体菌杆部分可以采用星形截面(13)以进一步加大换热面积。5.权利要求1所述发动机，在燃烧室端部围绕中心体以90度旋转对称的形式分布数量为4的倍数的针栓喷注器，共有编号为1的针栓喷注器(3)至编号为4n针栓喷注器的共4n个针栓喷注器，其中n为大于等于2的一个自然数，从喷管向燃烧室顶盖方向看，4n个针栓喷注器被中心体菌杆部分的4个圆角分为1至n、n+1至2n、2n+1至3n、3n+1至4n的4组，以下简称第1至第4组，即每组内的n个喷注器位于燃烧室侧壁(1)圆弧与中心体近乎圆角矩形的一边(2)之间，4n个喷注器可以沿圆周均匀分布，也可以组内n个喷注器紧一点，而相邻组间的间隔大点，且要确保全部喷注器保持90度旋转对称，发动机做滚转动作时，加大每组靠边的喷注器的流量，同时等量减少每组内靠另一边喷注器的流量，使发动机产生一个方向的滚转力矩，反之实现向另一方向的滚转；做偏航动作时，加大第1组喷注器的流量，同时等量减少第3组喷注器的流量，通过不同流量燃气在喷管不同部位膨胀时产生的作用力差，实现箭体向一个方向的偏航，反之实现向另一方向的偏航；做俯仰动作时，加大第2组喷注器的流量，同时等量减少第4组喷注器的流量，通过不同流量燃气在喷管不同部位膨胀时产生的作用力差，实现箭体向一个方向的俯仰，反之实现向另一方向的俯仰；中心体菌杆部分的横截面外沿(2)有a或b两种：a.介于圆形与圆角正方形之间的凸圆角方枕形状；b.圆角正方形。2CN109322765A说明书1/3页基于改进膨胀偏转喷管的大推力闭式膨胀循环火箭发动机技术领域[0001]本发明涉及一种使用膨胀/偏转喷管的闭式膨胀循环火箭发动机，特别是涉及一种其膨胀/偏转喷管的菌状中心体有较粗的直径，且其表面也是驱动涡轮工质所流过的换热器表面的闭式膨胀循环火箭发动机。背景技术[0002]驱动现有闭式膨胀循环火箭发动机涡轮的工质所拥有的热能来自燃烧室内壁和喷管。由于工质所能吸收的热能受限于换热表面积，所以现有闭式膨胀循环火箭发动机的推力不大于30吨，这是一个业界共识。现有火箭发动机为了实现推力矢量控制，必须采用泵后摆技术或对整个发动机实施摆动，结构重量很大。喷管高度补偿能力的气塞式火