[发明专利]一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种切换燃料的火箭推力室(燃烧室)及其供应系统，属于过氧化氢/煤油切换成液氢补燃式火箭发动机。

背景技术

液体火箭发动机有七十年应用历史，各国都是对一种火箭级使用一种推进剂。对于助推器和一级火箭，主要使用以液氧/煤油为代表的密度比冲高的推进剂。对于上面级火箭，主要使用以液氧/液氢为代表的比冲高的推进剂。

对于新的单级入轨火箭，如使用液氧/煤油发动机，从起飞到飞行中间的第一阶段有高的推进性能，但从飞行中间到高空关机的第二阶段有差一些的推进性能。如使用液氧/液氢发动机，虽然第二阶段飞行有高的推进性能，但第一阶段飞行的推进性能差一些。显然需要一种切换燃料的火箭发动机，在飞行中间点将煤油切换成液氢，就能取得更高的推进性能。但是，液氧/煤油发动机与液氧/液氢发动机差异大，难以切换燃料。

比液氧/煤油发动机和液氧/液氢发动机出现更早和历史更长的高浓度80％-98％过氧化氢/煤油发动机，虽然推进性能比液氧/煤油发动机还高，且是使用方便的可储存推进剂，但由于高纯度的高浓度过氧化氢的安全性不够高、价格贵和分解温度通常高达740℃-946℃，实际应用不多。因此，本人提出“一种无催化床的中等浓度(70％-79％)过氧化氢/煤油燃烧室(推力室)”(专利授权CN203604065U)，安全性高、使用性好和价格低，且与液氧/煤油推力室的推进性能相当。

本人还提出“(70％-98％)过氧化氢/液氢气体发生器和推力室”(专利申请CN103775246A)。与液氧/液氢推力室相比，虽然比冲低，但推进剂组合密度大一倍左右和密度比冲高出50％左右，用于可重复使用航天飞行器发动机和芯级火箭发动机的推进性能和综合性能都好。该发明中采取缩短催化床的措施，控制高浓度过氧化氢的分解温度不超过600℃。过氧化氢/液氢推力室与过氧化氢/煤油推力室及它们的供应系统都有较多相同之处，利于实现切换燃料。

发明内容

针对新的单级入轨火箭需要合理推进和性能更好的切换燃料火箭发动机，为了解决把过氧化氢/液氢发动机和过氧化氢/煤油发动机合而为一并实现切换燃料的问题，本发明根据切换燃料的特点和优化设计的要求，进行必要的修改和安排，提出一种切换燃料的火箭推力室及其供应系统。

本发明一种切换燃料的火箭推力室使用的氧化剂是70％-98％过氧化氢。过氧化氢有工业级和航天级两种产品。工业级是指游离酸、不挥发物、总碳、硝酸盐等杂质含量与中华人民共和国国家标准GB1616-2003规定相当并可少量添加稳定剂的产品。航天级是这些杂质和稳定剂含量极少的高纯度产品。70％-79％过氧化氢宜用航天级产品，以利于完全分解。80％-98％过氧化氢宜用工业级产品，以提高安全性和降低价格。

本发明一种切换燃料的火箭推力室在切换燃料前使用煤油燃料。主要选择航天煤油。也可选用航空煤油。本人提出的“一种与70％-98％过氧化氢自燃的(含煤油)四组分系燃料”(专利申请CN102863994A)称为自燃煤油，主要用作点火剂。

本发明一种切换燃料的火箭推力室在切换燃料后使用液氢燃料。

本发明一种切换燃料的火箭推力室由头部和身部组成。头部是适宜切换燃料的四底三腔结构：一底(喷注器面板)与二底之间是切换燃料前的煤油腔，切换燃料后则成为由液氢与气体发生器生成富氢气相混合而成的超富氢气腔，统称为燃料腔；二底与三底之间是切换燃料后的气体发生器生成富氢气腔，即第二燃料腔，切换燃料前是死腔；三底与四底(顶盖)之间是切换燃料前后共有的氧化剂腔，即反应器生成富氧气腔。头部的喷注器有富氢气和超富氢气与煤油共用的组合式燃料喷嘴，还有在切换燃料前后连续喷注富氧气的直孔式氧化剂喷嘴，其排列方式和一周六径型喷注器隔板的布置类似于上述过氧化氢/液氢推力室。对燃料喷嘴可设置或不设置易熔堵塞，在切换燃料前是喷注煤油的有切向孔离心式喷嘴；切换燃料后在富氢气的温度和压力作用下，易熔堵塞熔化脱开，同不设置易熔堵塞一样是有入口圆形直孔和切向孔的喷嘴，其中的圆形直孔流入的是富氢气和切向孔流入的是超富氢气。身部是在切换燃料前后不间断地流过氧化剂进行冷却的双层夹套结构。