[发明专利]一种开式液氧煤油发动机系统及其推力调节方法

说明书

本发明属于发动机系统及其推力调节方法，为解决现有开式循环液氧煤油发动机系统不具备推力调节能力，无法满足运载火箭的多任务需求，可实现功能单一的技术问题，提供一种开式液氧煤油发动机系统及其推力调节方法，在氧副管路上设置氧副路双工位阀，在燃料副管路上设置燃料副路调节器，可通过氧副路双工位阀和燃料副路调节器调节进入燃气发生器的推进剂流量和混合比，改变燃气发生器产生燃气的温度和流量，从而影响涡轮的功率，使得进入推力室的推进剂流量和压力发生变化，达到大范围调节发动机推力的目的。

技术领域

本发明属于发动机系统及其推力调节方法，具体涉及一种开式液氧煤油发动机系统及其推力调节方法。

背景技术

常规运载火箭多采用常规推进剂开式循环发动机，该类发动机系统结构简单、使用维护方便，但使用的常规推进剂毒性大，且价格高，已面临被更新换代的需求。新一代运载火箭主要采用液氧煤油推进剂补燃循环发动机，该类推进剂比冲性能高、成本低、使用维护方便、无毒无污染，但补燃循环发动机系统压力高、结构复杂、维护成本高。

公开号为CN111502864的中国专利，公开了一种开式循环液氧煤油发动机系统及使用方法，使用比冲性能高且成本低的液氧煤油推进剂，实现无毒化发射，其发动机系统结构复杂度大大降低，但该发动机系统的推力固定，不具备推力调节能力，无法满足运载火箭的多任务需求，可实现功能单一。

发明内容

本发明为解决现有开式循环液氧煤油发动机系统不具备推力调节能力，无法满足运载火箭的多任务需求，可实现功能单一的技术问题，提供一种开式液氧煤油发动机系统及其推力调节方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种开式液氧煤油发动机系统，包括推力室、涡轮、燃料泵、氧化剂泵、燃气发生器，以及氧副管路和燃料副管路；

所述涡轮、燃料泵和氧化剂泵同轴连接；

所述氧化剂泵出口与推力室之间通过氧主管路相连，氧主管路上设置有氧主阀；

所述燃料泵出口与推力室之间通过燃料主管路相连，燃料主管路上设置有燃料主阀；

其特殊之处在于，

所述氧副管路的入口端与位于氧化剂泵出口和氧主阀之间的氧主管路相连，出口端与燃气发生器相连，氧副管路上设置有氧副路双工位阀；

所述燃料副管路的入口端与位于燃料泵和燃料主阀之间的燃料主管路相连，出口端与燃气发生器相连，燃料副管路上设置有燃料副路调节器和燃料副阀，且燃料副阀靠近燃气发生器设置。

进一步地，所述涡轮的排气管路与推力室连通。

本发明还提供了一种上述开式液氧煤油发动机系统的推力调节方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，使所述氧副路双工位阀保持高开度状态，增大所述燃料副路调节器的流阻系数，使燃气发生器的混合比升高至第一预设值，同时，推力室产生的推力升高；其中，所述第一预设值为燃气发生器燃烧形成积碳可接受上限的对应最大混合比；

S2，将所述氧副路双工位阀切换至低开度状态，使燃气发生器的混合比降至第二预设值；其中，所述第二预设值的取值为燃气发生器能够稳定燃烧的最小混合比；

S3，持续增大所述燃料副路调节器流阻系数，直至燃气发生器的混合比达到第三预设值，同时，使推力室产生的推力达到预设工况；其中，所述第三预设值为发动机系统稳态工作时燃气发生器的设计混合比。

进一步地，步骤S1中，所述第一预设值的取值为0.4-0.45。

进一步地，步骤S2中，所述第二预设值的取值为0.25-0.26。

进一步地，步骤S3中，所述第三预设值的取值为0.37-0.40。