[发明专利]火箭发动机和运载火箭

说明书

本申请实施例提供了一种火箭发动机和运载火箭。火箭发动机包括：壳体；喷管，喷管与壳体连接；第一装药和第二装药，均设置于壳体内；第一装药与第二装药和壳体围合出内腔，内腔与喷管连通，第一装药位于第二装药远离喷管的一侧，用于使得第二装药燃烧产生的第二燃气通过内腔进入喷管的周边区域、覆盖喷管的内壁，第一装药燃烧产生的第一燃气通过内腔进入喷管的中央区域、位于第二燃气远离喷管的内壁的一侧；第二燃气的温度低于第一燃气的温度。本申请实施例通过在火箭发动机壳体内采用组合装药的方式，避免壳体内第一装药燃烧后产生的高温第一燃气直接与喷管接触，降低了第一燃气烧蚀喷管内壁的风险，增强了喷管的可靠性。

技术领域

本申请涉及自推进发射物技术领域，具体而言，本申请涉及一种火箭发动机和运载火箭。

背景技术

运载火箭是由多级火箭组成的航天运载工具。通常，运载火箭将人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道。因此，运载火箭的动力系统尤为重要。目前，运载火箭大多是通过内置的火箭发动机获得动力，使运载火箭飞行。大部分的火箭发动机靠排出高温高速的燃气来获得推力，火箭发动机自带推进剂，推进剂燃烧产生燃气，燃气经过喷管高速流出，膨胀做功产生推力，推动运载火箭飞行。

但是，由于燃气温度非常高，经过喷管时容易烧蚀喷管内壁，导致降低了喷管结构工作时的可靠性，容易影响运载火箭的工作；而且，燃气的一部分在烧蚀喷管的过程中被消耗，导致燃气的利用率降低，发动机的性能降低。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种火箭发动机和运载火箭，用以解决现有技术存在的燃气容易烧蚀喷管内壁，或者燃气的利用率较低的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种火箭发动机，包括：

壳体；

喷管，喷管与壳体连接；

第一装药和第二装药，均设置于壳体内；第一装药与第二装药和壳体围合出内腔，内腔与喷管连通，第一装药位于第二装药远离喷管的一侧，用于使得第二装药燃烧产生的第二燃气通过内腔进入喷管的周边区域、覆盖喷管的内壁，第一装药燃烧产生的第一燃气通过内腔进入喷管的中央区域、位于第二燃气远离喷管的内壁的一侧；

第二燃气的温度低于第一燃气的温度。

可选地，第二燃气的温度不高于2000开氏度。

可选地，第二装药的质量分数与第一装药的质量分数之比不小于2%且不大于10%。

可选地，第二燃气的流量与第一燃气的流量之比不小于2%且不大于10%；

第二燃气与第一燃气的相对流量不大于5%。

可选地，第二燃气的附面层厚度由第二燃气的摩擦系数、加质流参数、形状系数、摩擦应力、以及喷管的尺寸确定得到。

可选地，壳体的第一侧壁具有开口，喷管与开口连接；

第二装药位于第一装药与第一侧壁之间。

可选地，喷管包括相互连通的喉部和扩张段；

喉部与开口链接并与内腔连通；

扩张段位于喉部远离壳体的一端；

喉部内壁设有喉衬，用于承受第二燃气。

可选地，第二装药包括第二药柱，第二药柱的径向截面为圆环。

可选地，内腔包括：相互连通的中心区和分支区；

中心区贯通第一装药和第二装药；

分支区位于中心区与第一装药靠近第二装药的端部之间。