[发明专利]液氧甲烷火箭及液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法

说明书

本发明提供一种液氧甲烷火箭及液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法，其包括：在发动机主机工作的第一时段，利用自生增压方式对贮箱进行增压；以及当发动机主机停止工作后，在发动机游机工作的第二时段中至少部分时间内，利用低温推进剂的蒸发和贮箱内的气体膨胀的至少之一对贮箱进行增压。本发明所述的液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法中，充分利用发动机主机和发动机游机入口需要增压压力的差异，取消了游机的自生增压系统，简化了火箭结构设计，并提升了火箭的运载能力。

技术领域

本发明属于贮箱增压输送领域，涉及一种新型火箭推进剂液氧甲烷自生增压系统，特别是以涉及由发动机主机与游机组合下的飞行状态自生增压方案。

背景技术

增压系统用于提供液体火箭推进剂贮箱气枕压力，增压气体进入推进剂贮箱，膨胀后占据推进剂排出后的空间，对液体推进剂产生工作压力。从而满足发动机起动及飞行过程中所需的推进剂入口正常的工作压力；满足火箭推进剂贮箱薄壁结构承载所需要的内压要求，保证贮箱结构有足够的强度和刚度。

增压方式一般包括燃气增压、气瓶增压、自生增压。

燃气增压是利用发动机燃烧产物作为增压介质的增压方式。通常是从发动机燃气发生器出口引出一个分支，通过设置在推进剂流道上的降温器进行降温处理，将燃气降到合适温度，再引入贮箱进行增压。燃气增加具有系统简单，成本较低的优点。但是，燃气成分与贮箱内推进剂成分不同，燃气使用存在局限，只能对相容性好的推进剂贮箱进行增压且适应性较差。

气瓶增压是利用贮存在高压气瓶中的增压气体进行增压。由于氦气密度小、增压能力强，在增压介质中使用较多。气瓶增压是单独配置增压系统，其具有适用性广，系统设计灵活的优点。但是，气瓶增压需要提供单独的增压气源贮存装置，系统组成相对复杂，成本较高。

自生增压方式是利用火箭的推进剂组元，通过发动机蒸发、气化后对贮箱进行增压。通常在发动机泵后高压区引出一个分支，通过蒸发器将推进剂进行气化，并将温度调节到要求值，再引入贮箱进行增压。自生增压与燃气降温增压方式类似，其具有系统简单，成本较低的优点。但是，由于自生增压采用推进剂作为增压介质，火箭会损失一定的运载能力，且适应性存在一定限制。在实际应用上，一般对于密度较小的推进剂(例如液氢)，优先选用自生增压。

因此，如何提供一种增压系统简化，能够提升火箭的运载能力，实现效益最大化的增压方式，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决至少部分上述技术问题，本发明提供一种液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法，在发动机主机工作的第一时段，利用自生增压方式对贮箱进行增压；以及当所述发动机主机停止工作后，在发动机游机工作的第二时段中至少部分时间内，利用低温推进剂的蒸发和贮箱内的气体膨胀的至少之一对贮箱进行增压。

上述方案中，所述的液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法中，当所述发动机主机停止工作后，在发动机游机工作的第二时段中至少部分时间内，利用低温推进剂的蒸发和贮箱内的气体膨胀的至少之一对贮箱进行增压包括：根据贮箱内的增压需求，确定自生增压方式的关闭时间，并在自生增压方式关闭后，利用低温推进剂的蒸发和贮箱内气体膨胀的至少之一对贮箱进行增压。

上述方案中，所述的液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法中，根据贮箱内的增压需求，确定自生增压方式的关闭时间，并在自生增压方式关闭后，利用低温推进剂的蒸发和贮箱内气体膨胀对贮箱进行增压包括：在所述发动机主机停止工作的时刻，停止自生增压方式，利用低温推进剂的蒸发和贮箱内的气体膨胀的至少之一对贮箱进行增压。

在某些实施方式中，所述的液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法中，所述第一时段为0s～150s；所述第二时段为150s～550s。

在某些实施方式中，所述的液氧甲烷火箭贮箱落压式增压设计方法中，所述第二时段为150s～400s。