[发明专利]燃料和氧化剂预混的液体火箭发动机系统

说明书

本发明属于液体火箭发动机领域，涉及燃料和氧化剂预混的液体火箭发动机系统。部分液体火箭发动机的燃料和氧化剂在特定情况下能够安全预混或部分预混，液体火箭发动机的燃料和氧化剂预混后，可以简化液体火箭发动机各系统结构，从而提升液体火箭发动机系统可靠性，降低火箭发动机自身重量，提高火箭内部空间利用效率，提升液体火箭发动机性能指标。本发明有利于液体火箭发动机同时使用多种燃料或氧化剂，为液体火箭发动机的设计开发提供一种新的方向，推动液体火箭发动机技术进一步发展。

技术领域

本发明属于液体火箭发动机领域，涉及燃料和氧化剂预混的液体火箭发动机系统。

背景技术

商业火箭发展前景广阔，近年来，液氧甲烷等新技术得到快速发展，部分液体火箭发动机的燃料和氧化剂在特定情况下能够安全预混或部分预混，例如液氧甲烷在低温深冷情况下的部分预混。

液体火箭发动机的燃料和氧化剂预混后，可以简化火箭发动机各系统结构，从而提升液体火箭发动机系统可靠性，降低火箭发动机自身重量，提高火箭内部空间利用效率，提升液体火箭发动机性能指标。

预混式燃烧、完全预混式燃烧、催化燃烧在工业领域应用成熟，在液体火箭发动机领域，为满足火箭在不同工况下的需求，通常在多级火箭中配备不同推进剂的发动机，预混案例较少，例如中国专利CN112628018A、CN112360647A中，系统对燃料和氧化剂分别进行增压控制，未进行预混。

发明内容

本发明在液体火箭发动机应用燃料和氧化剂预混方案，可以简化火箭发动机各系统结构，有利于液体火箭发动机同时使用多种燃料和氧化剂，为液体火箭发动机的设计开发提供一种新的方向，推动液体火箭发动机技术进一步发展。

本发明所述预混式液体火箭发动机，包含部分预混式（或称为分级预混式）和全预混式，部分预混式为燃料预混一部分氧化剂，或者氧化剂预混一部分燃料，再进入推力室进行二次混合燃烧，全预混式为按设计燃烧比例完全预混后进入推力室。

本发明所述预混式液体火箭发动机，包含单燃料与氧化剂的预混，多燃料与氧化剂的预混，多种燃料与多种氧化剂预混的液体火箭发动机。

本发明所述预混式液体火箭发动机，包含在发动机内设置预混装置的预混方式，也包含在储料箱存储预混推进剂的方式。

本发明的目的通过下述方案实现：

图1表述燃料部分预混的液体火箭发动机系统，系统包含富氧单元、发生器单元、燃料单元、启动单元、推力室，预混部分燃料的氧化剂称为富氧，预混部分氧化剂的燃料称为富燃，为避免主涡轮（02）工作温度过高，发生器单元采用富氧或富燃的燃烧方式。

1）所述富氧单元包含高压阻火器（05）、富氧控制装置（06）、富氧泵（07）、低压阻火器（08）、富氧单向阀（09）及配套管道；

液态富氧（101）流经富氧单向阀（09）、低压阻火器（08）进入富氧泵（07）增压，达到发生器单元所需的压力，通过富氧控制装置（06）进行调节，然后经高压阻火器（05）进入发生器单元。

2）所述发生器单元包含主涡轮（02）、燃气发生器（04）、富氧泵（07）、燃料泵（11）及配套管道；

富氧进入燃气发生器（04）燃烧膨胀驱动主涡轮（02）做功，然后进入推力室燃烧，主涡轮（02）带动富氧泵（07）、燃料泵（11）做功，提升液态富氧（101）、液态燃料（201）压力满足推力室燃烧要求。

3）所述燃料单元包含燃料单向阀（10）、燃料泵（11）、燃料控制装置（12）及配套管道，液态燃料（201）流经燃料泵（11）增压，达到推力室所需的压力，经燃料控制装置（12）进行调节，然后经推力室外侧换热后进入推力室参与燃烧。

4）启动单元包含启动装置（03）、主涡轮（02）、富氧泵（07）、燃料泵（11），发动机启动时由启动装置驱动主涡轮，使发动机系统达到工作条件。