[发明专利]针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构

说明书

本发明提供了一种针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构，涉及固液火箭发动机技术领域，解决了现有变推力固液火箭发动机技术中喷注压降会产生大范围变化而引起燃烧不稳定和燃烧效率降低的技术问题。该针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构包括发动机头盖、针栓式喷注面板、氧化剂催化床、催化床支撑外壳、前燃室壳体以及燃烧室壳体，针栓式喷注面板设置于发动机头盖中，发动机头盖与针栓式喷注面板可拆卸连接，发动机头盖与针栓式喷注面板之间形成氧化剂集液头腔；氧化剂催化床设置在催化床支撑外壳中。本发明用于提高固液火箭发动机燃烧稳定性和燃烧效率，降低固液火箭发动机试验成本。

技术领域

本发明涉及固液火箭发动机技术领域，尤其是涉及一种针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构。

背景技术

典型固液火箭发动机通常采用液体氧化剂和固体燃料作为推进剂，是一种新型火箭推进系统。对比固体火箭发动机，固液火箭发动机具有推力连续可调、能量特性高、可以多次启停等优势；对比液体火箭发动机，固液火箭发动机具有推力调节容易，结构简单等优势，因此固液火箭发动机具有很好的应用前景。在航空航天领域，特别是在民用航天领域中的探空火箭、亚轨道飞行器中小型卫星姿轨控等方面的发展前景被普遍看好。无论是低负载货物运输还是太空旅游和勘探，固液火箭发动机均可以提供比传统的固体和液体火箭发动机更安全，更便宜的解决方案。美国国家航空航天局(NASA)也在研究固液火箭作为火星探测器上升器。

由于固液火箭发动机采用不同物相、非预混的推进剂组合，即液体氧化剂和固体燃料，固液火箭发动机难以实现自行点火。在固液火箭发动机中，一般采用点火器点火或者催化点火。点火器式点火方案结构较为简单，可以实现单次点火，但无法实现固液火箭发动机的多次启停。催化床点火方案可以实现固液火箭发动机的多次启停，氧化剂通过催化床催化分解放出大量热量，促进固体燃料药柱热解，氧化剂与热解气体自燃从而实现固液火箭发动机的点火。催化床主要由催化剂、外壳、气体喷注面板构成。催化点火方案可以有效实现固液火箭发动机的多次点火，特别适用于有多次启停需求的固液火箭发动机。

推力调节容易是固液火箭发动机的一大优势，其通过调节氧化剂流量即可实现推力调节。为保障雾化效果，需要选取合适喷注压降，避免喷注压降过小而引起燃烧不稳定和燃烧效率急剧降低。传统液体喷注面板由于喷注孔直径和孔数是固定的，因此喷注压降随着氧化剂流量改变，这样在推力大范围调节过程中，容易出现：在大流量阶段压降过大会造成氧化剂节流，不能达到预定流量；在小流量阶段压降过小又会造成燃烧不稳定和燃烧效率急剧降低等问题。因此传统液体喷注面板难以满足固液火箭发动机大范围变推力需求。同时，由于喷注孔直径和孔数是固定的，不同流量下喷注压降就已经固定，因此传统液体喷注面板难以根据不同任务需求调节喷注压降。

发明内容

本发明的目的是提出一种针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构，解决了现有变推力固液火箭发动机技术中喷注压降会产生大范围变化而引起燃烧不稳定和燃烧效率降低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供实施例的针栓式自适应变推力固液火箭发动机头部结构，包括发动机头盖、针栓式喷注面板、氧化剂催化床、催化床支撑外壳、前燃室壳体以及燃烧室壳体，其中：

发动机头盖与催化床支撑外壳可拆卸连接，催化床支撑外壳、前燃室壳体以及燃烧室壳体可拆卸连接；

针栓式喷注面板设置于发动机头盖中，发动机头盖与针栓式喷注面板可拆卸连接，发动机头盖与针栓式喷注面板之间形成氧化剂集液头腔；

氧化剂催化床设置在催化床支撑外壳中。

在可选地实施例中，针栓式喷注面板包括喷注面板、针栓、弹簧以及螺母。

在可选地实施例中，喷注面板为圆盘结构，针栓贯穿喷注面板，喷注面板的上侧进口为围绕针栓均布的斜孔，喷注面板的下侧出口为与斜孔贯通的直孔。