[发明专利]一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统

说明书

本发明公开了一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体粉末作为燃料，并包括依次连通的气源、流化器以及连续爆轰发动机；气源用于向流化器提供高压气体；流化器用于提供固体粉末；固体粉末通过高压气体吹起形成固体流化粉末，并在喷出流化器后进入连续爆轰发动机内；连续爆轰发动机具有燃烧室环腔，用于生成爆轰波并使进入燃烧室环腔内的固体流化粉末、氢气和氧气形成连续旋转爆轰波。上述发动机系统采用固体燃料，集合了固体燃料和连续旋转爆轰的优势，并且具有结构简单、固体流化粉末喷注均匀可控、粉末流量大、掺混充分、爆轰波传播稳定的特点。

技术领域

本发明涉及航空航天发动机结构设计技术领域，具体涉及一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统。

背景技术

传统推进系统主要采用爆燃这种燃烧方式产生动力。爆燃是由扩散现象主导的化学反应放热过程，因此较小的组分扩散速度和热扩散速度决定了其缓燃波传播速度比较低，一般是米每秒量级，并且这种等压放热过程熵增大，热效率较低。与其他因素相比，燃烧带来的熵增占据较大的比重，因而对燃烧方式的改变有望显著提高推进系统的热效率。

爆轰波是前导激波与波后化学反应放热耦合形成的一种超声速燃烧波，前导激波压缩可燃混合物，使其温度和压强升高并快速完成化学反应放热，所放出的热量支持着爆轰波继续向前传播，其传播速度一般在千米每秒量级。爆轰这种燃烧方式接近等容燃烧，因此熵增小，热效率高，并且具备自增压优势。连续爆轰发动机，也称旋转爆轰发动机，是一种利用爆轰波在燃烧室内连续旋转传播，并产生稳定推力的发动机。燃烧室为同轴圆环腔结构，左端为进气固壁，可燃气体通过分布于此环形面上的缝隙或小孔均匀并持续入射到燃烧室内。当环腔已充入足够可燃预混气时，用电火花或者预爆轰管起爆爆轰波。在传播过程中，爆轰波不断扫过波前的可燃气体，绕环腔周向旋转传播。波后燃烧产物在斜激波与膨胀波的共同作用下，沿轴线方向从开口端喷出燃烧室并产生推力。由于燃烧室内的连续爆轰波高速旋转，连续爆轰发动机不仅保留了爆轰燃烧的高效性，而且实现了燃烧的连续性。连续爆轰发动机具有只需一次点火起爆、燃烧速度快、易控制、自压缩、体积小、没有活动部件、结构简单紧凑、可多次熄点火、热效率高、比冲大、推力大幅可调、推重比高、具备矢量调节能力等突出优点，是未来航空航天动力的重要发展方向。

同时，固体火箭发动机是以按预先配方固化的固体推进剂为燃料和氧化剂的火箭动力装置，具有结构简单、易贮存、成本低、用途广、发射准备时间短、机动性好、可靠性高等优点，是战略和战术导弹主要采用的动力装置。

随着气态燃料和液态燃料的连续爆轰发动机的广泛深入研究，发明人发现将固体燃料和连续旋转爆轰的优势相结合成为摆在面前的巨大挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体燃料，集合了固体燃料和连续旋转爆轰的优势，并且具有结构简单、固体流化粉末喷注均匀可控、粉末流量大、掺混充分、爆轰波传播稳定的特点。

本发明采用以下具体技术方案：

一种基于固体粉末的连续爆轰固体火箭发动机系统，该发动机系统采用固体粉末作为燃料，并包括依次连通的气源、流化器以及连续爆轰发动机；

所述气源用于向所述流化器提供高压气体；

所述流化器用于提供固体粉末；所述固体粉末通过高压气体吹起形成固体流化粉末，并在喷出所述流化器后进入所述连续爆轰发动机内；

所述连续爆轰发动机具有燃烧室环腔，用于生成爆轰波并使进入所述燃烧室环腔内的固体流化粉末、氢气和氧气形成连续旋转爆轰波。

更进一步地，所述流化器包括进气管、电机、活塞、固体粉末储箱、气体粉末预混段以及流化粉末喷口；

所述进气管连通所述气源与所述气体粉末预混段；