[发明专利]一种液体火箭发动机自生增压系统及增压方法

说明书

本发明涉及一种液体火箭发动机自生增压系统及增压方法，针对易气化、饱和蒸汽压高的液体推进剂，在推力室上设置加热带，利用推力室热壁加热液体推进剂使其气化，推进剂热气通过系列阀门和缓冲罐后进入贮箱进行增压，构成一个闭环的自生增压系统。采用船闸原理进行循环压力的提升：按照特定时序开闭加热带前、后控制阀，可实现液体推进剂在加热带内的进液→吸热→气化→升压→排气流程，通过合理匹配系统工况、控制时序和缓冲罐参数，能够很好的实现自生增压系统的持续运转。本发明提出的新型自生增压系统，与常规挤压系统、常规泵压系统相比，系统轻质、简洁、高效。

技术领域

本发明涉及液体火箭技术领域，尤其涉及一种液体火箭发动机自生增压系统及增压方法。

背景技术

从推进剂供应输送角度，液体火箭发动机总体上可分为挤压式系统和泵压式系统，而这两种系统都需要向贮箱内供应一定压力和流量增压气体。常规挤压式系统采用携带惰性气体方式，直接向贮箱内供应维持推力室工作所需的高压气体工质，这就需要额外的高压气体贮存和供应单元，结构呆重较大，增压气体本身不参与反应，进一步降低了系统的综合效率。对于采用低温组元的泵压式系统，可将泵后的低温推进剂送入换热器加热气化后得到贮箱增压工质，形成闭环的自生增压系统；由于泵的压力提升功能，闭环系统得以维持压力平衡，持续运转。但是，泵压系统存在高速旋转组件，系统复杂，成本高。

对于部分易气化、饱和蒸汽压高的液体推进剂，采用常规挤压式系统或者泵压式系统方案，在一定程度上都存在系统复杂、结构效率低、成本高和可靠性的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种液体火箭发动机自生增压系统及增压方法，针对易气化、饱和蒸汽压高的液体推进剂，采用“船闸”原理的闭环系统压力维持方案，增强了液体火箭发动机系统的简洁性和高效性。

为达到上述目的，本发明提供了一种液体火箭发动机自生增压系统，包括贮箱、推力室、加热带、增压缓冲罐；

所述贮箱储存液体推进剂；所述推力室上设置加热带；

所述贮箱增压输出液体推进剂，分为两路，一路进入推力室进行参与燃烧，一路进入所述加热带中加热到一定温度和压力后进入所述增压缓冲罐；所述增压缓冲罐内的气体经调整至所需增压压力后进入所述贮箱进行增压。

进一步地，所述增压缓冲罐工作前预先充入一定压力的惰性气体，用于启动时对所述贮箱增压。

进一步地，所述增压缓冲罐设置保温加热器，加热内部蒸汽，在待机阶段维持增压缓冲罐中的压力。

进一步地，还包括液路隔离阀、主控制阀、加热带前控制阀、加热带后控制阀和单向阀，所述液体推进剂在液路隔离阀后分为两路，一路在主控制阀的控制下进入推力室进行参与燃烧，另一路经环带前控制阀进入所述加热带中加热到一定温度和压力后经加热带后控制阀和单向阀后进入所述增压缓冲罐。

进一步地，经过液路隔离阀后的流路分配后，进入所述加热带的推进剂流量为推进剂总流量的1/10～1/5。

进一步地，加热带中的压力为所述液体火箭发动机自生增压系统额定增压压力Ps的1倍～10倍，并不低于出口温度条件下的液体推进剂饱和蒸汽压；出口温度在300K～500K之间。

进一步地，通过控制时序控制加热带前控制阀和加热带后控制阀，控制时序满足：每个控制周期内首先打开加热带前控制阀、关闭加热带后控制阀一定时间使定量的推进剂进入加热带；同时关闭加热带前控制阀和加热带后控制阀一定时间，使液体推进剂在加热带中吸热、气化、膨胀至需求温度和压力；关闭加热带前控制阀、打开加热带后控制阀一定时间，使高压热气进入缓冲罐。

进一步地，还包括充气阀、减压阀、安全阀和气路隔离阀；