[发明专利]采用插入式阀门的液氧与甲烷发动机及控制方法

说明书

本发明提供了一种采用插入式阀门的液氧与甲烷发动机及控制方法，包括头部本体、喷注器、推力室、液氧电磁阀、甲烷电磁阀和火花塞，喷注器通过扩散焊安装在头部本体下端面，推力室通过螺钉安装在喷注器下端面，液氧电磁阀和甲烷电磁阀分别通过螺钉插入式安装在头部本体的左、右侧面，火花塞通过螺纹安装在头部本体上部。本发明的液氧与甲烷发动机，可以解决现有技术中存在的低温姿控发动机预冷困难、低温推进剂在发动机头部容易发生相变的问题，同时具有结构紧凑、操控简单和响应速度快的优点，能够满足姿控动力系统的使用要求。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，具体地，涉及一种采用插入式阀门的液氧与甲烷发动机及控制方法。

背景技术

高性能、无毒的低温化学推进技术已经成为液体火箭发动机的主流发展方向，基于液氧与甲烷推进剂组合的火箭发动机及其推进系统，因具有最高的综合性能(比冲性能、可重复使用性能、操作维护性和空间长期贮存等)，在运载火箭、空间飞行器、星表基地建设等领域存在广泛的应用前景。对于液氧与甲烷姿控发动机而言，推进剂流量较小容易受热相变，进而会严重影响发动机的工作可靠性。因此，如何保障推进剂的入口条件以及防止低温推进剂在发动机头部发生相变，是低温姿控动力系统及发动机设计的重要内容。另外，相对采用四氧化二氮/肼类燃料组合的常规姿控发动机，液氧与甲烷等低温双组元非自燃推进剂组合的发动机需要专门的点火系统才能实现发动机的点火工作，发动机结构相对比较复杂。因此，如何优化发动机结构设计，减少零件数量，降低结构重量，也是液氧与甲烷姿控发动机顺利工程应用的重要课题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用插入式阀门的液氧与甲烷发动机及控制方法。

根据本发明提供的一种采用插入式阀门的液氧与甲烷发动机，包括头部本体、喷注器、推力室、液氧电磁阀、甲烷电磁阀和火花塞；

所述的喷注器安装在所述的头部本体下端面，所述的推力室安装在所述的喷注器下端面，所述的液氧电磁阀、甲烷电磁阀分别通过螺钉插入式安装在所述的头部本体左侧面、右侧面，所述的火花塞通过螺纹安装在所述的头部本体上部。

优选地，所述的头部本体与所述的液氧电磁阀构成液氧集液环，所述的头部本体与所述的甲烷电磁阀构成甲烷集液环。

优选地，所述的头部本体与所述的喷注器共同构成相互独立的液氧流道和甲烷流道，所述的液氧流道上开设有液氧歧道，所述的甲烷流道上开设有甲烷歧道。

优选地，所述的火花塞的电极深入所述的头部本体和喷注器的内部，并与所述的头部本体和喷注器构成火炬室，所述的液氧歧道位于所述的电极上游，所述的甲烷歧道位于所述的电极下游。

优选地，所述的喷注器与所述的推力室构成燃烧室。

根据本发明提供的一种上述的采用插入式阀门的液氧与甲烷发动机的控制方法，在发动机工作前和两次工作的间隙，液氧和液甲烷分别经所述的液氧进口管和甲烷进口管汇聚在所述的液氧集液环和甲烷集液环中，然后分别打开所述的带阀液氧出口管和带阀甲烷出口管的阀门，低温推进剂通过排放充分冷却所述的头部本体和喷注器，当实时监测的发动机头部温度达到设定值后，分别关闭所述的带阀液氧出口管和带阀甲烷出口管的阀门。

优选地，在发动机工作过程中，分别打开所述的液氧电磁阀和甲烷电磁阀，所述的液氧集液环中的液氧经所述的液氧流道绝大部分充填至所述的喷注器的喷注面板，小部分经所述的液氧歧道在所述的电极上游喷注进入所述的火炬室，并不断蒸发、汽化；所述的甲烷集液环中的液甲烷经所述的甲烷流道绝大部分充填至所述的喷注器的喷注面板，小部分经所述的甲烷歧管在所述的电极下游喷注进入所述的火炬室；所述的电极侧面环形间隙中流动的氧蒸汽被高压电流电离，产生初始火焰核并向下游传播，在所述的电极下游点燃经掺混的氧蒸汽和甲烷形成核心火焰，核心火焰在所述的火炬室中不断地扩散形成点火火炬，点火火炬进入所述的燃烧室中点燃经所述的喷注器喷注、雾化、混合的液氧和甲烷，发动机点火工作。