[发明专利]一种开式循环液氧煤油发动机系统及使用方法

权利要求书

1.一种开式循环液氧煤油发动机系统的使用方法，其特征在于：所述发动机系统包括推力室(01)、同轴式涡轮泵组件、氧化剂输出主管路(02)、煤油输出主管路(03)、燃气发生器(04)、烟火点火器(05)、火药起动器(06)、氧化剂输出副管路(07)、煤油输出副管路(08)以及氮气吹除阀(09)；

同轴式涡轮泵组件包括同轴设置的涡轮(010)、煤油泵(011)、氧化剂泵(012)；

氧化剂泵(012)的入口与外部氧化剂供应源连通，氧化剂泵(012)的出口通过氧化剂输出主管路(02)与推力室(01)连通，且氧化剂输出主管路(02)上安装氧化剂主阀(013)；

煤油泵(011)的入口与外部煤油供应源连通，煤油泵(011)的出口通过煤油输出主管路(03)与推力室(01)连通，且煤油输出主管路(03)上安装煤油主阀(014)；

涡轮(010)上设有火药起动器(06)；涡轮(010)通过管道与所述燃气发生器(04)连通，且涡轮(010)上设有排气管，燃气发生器(04)的头部安装烟火点火器(05)；燃气发生器中氧化剂和煤油的混合比在0.35～0.45的范围内；

氧化剂输出副管路(07)的一端与所述氧化剂输出主管路(02)连通，另一端与燃气发生器(04)连通，氧化剂输出副管路(07)上安装氧化剂副阀(015)；

煤油输出副管路(08)的一端与所述煤油输出主管路(03)连通，另一端与燃气发生器(04)连通，煤油输出副管路(08)上安装煤油副阀(016)；

氮气吹除阀(09)在煤油输出主管路(03)和煤油输出副管路(08)上各安装一个，或者在氧化剂输出主管路(02)和氧化剂输出副管路(07)上各安装一个，或者在煤油输出主管路(03)、煤油输出副管路(08)、氧化剂输出主管路(02)和氧化剂输出副管路上均各安装一个，用于对系统进行吹除；

氧化剂主阀(013)、煤油主阀(014)、氧化剂副阀(015)、煤油副阀(016)均采用气动阀门；

该发动机系统的具体使用方法如下：

步骤1：打开氮气吹除阀(09)，对系统进行吹氮处理；

步骤2：初始小流量点火；

步骤2.1：通气打开煤油主阀(014)、煤油在发动机入口压力下小流量充填推力室冷却套和头腔；

步骤2.2：再通气小开度打开氧化剂主阀(013)，小流量液氧充填氧化剂主阀阀后腔道，部分快速蒸发；

步骤2.3：通电引燃推力室(01)内火药点火装置，产生高温富燃燃气，与进入推力室(01)内的气氧和液氧燃烧；当煤油充满推力室头腔后，从推力室喷注器流出，在高温火药燃气引燃下，与先进入推力室的液氧点火燃烧，推力室压力上升；

步骤3：大流量点火启动；

步骤3.1：火药起动器(06)点火工作，将氧化剂主阀(013)完全打开，火药燃气驱动涡轮快速起旋，氧化剂泵(012)和煤油泵(011)后压力快速升高，进入推力室的液氧流量和煤油流量迅速增大，推力室转为大流量点火工作，推力室内压力迅速上升；

步骤3.2：当火药起动器(06)能量即将耗尽之前，通气打开氧化剂副阀(015)，并下达烟火点火器(05)点火指令，通气打开煤油副阀(016)，当发动机泵后压力超过火药起动器(06)在燃气发生器(04)内建立的压力，推进剂充满燃气发生器头腔后，燃气发生器(04)点火工作，与火药起动器(06)接力驱动涡轮，通过涡轮(010)的反馈，发动机工况不断爬升；在发动机工况爬升过程中，当氮气吹除阀(09)后燃料压力高于氮气吹除阀阀前氮气压力，氮气吹除阀(09)关闭，吹除过程自动停止；

步骤4：稳态工作

发动机点火起动完成后，氧化剂主阀(013)、煤油主阀(014)均撤气，依靠液氧、煤油的作用力维持两个主阀处于打开状态，氧化剂副阀(015)和煤油副阀(016)一直通气保持打开状态，发动机维持稳态工作；

步骤5：系统关机

发动机关机时，先、后关闭氧化剂副阀(015)及煤油副阀(016)，切断燃气发生器(04)的氧化剂及煤油供应，涡轮(010)功率快速下降，当氧化剂泵(012)和煤油泵(011)后压力低至一定时，氧化剂主阀(013)和煤油主阀(014)先后自动关闭；在关机过程中，当推力室入口和发生器头腔压力低于氮气吹除阀(09)前氮气压力时，氮气吹除阀(09)自动打开，高压氮气快速吹除推力室和燃气发生器通道内的残余推进剂，实现快速关机。