[发明专利]一种具有推力可控功能的二次流喉栓火箭发动机

说明书

本发明公开的一种具有推力可控功能的二次流喉栓火箭发动机，涉及一种喉栓火箭发动机，属于气动与机械混合控制的变推力火箭发动机领域。本发明主要由壳体、电机、导轮、燃烧室、喉栓和喷管等喉栓火箭发动机基本装置组成。将所述的喉栓内部掏空，在掏空部分装有二次流气源，并在喉栓顶部开有二次流喷注口。工作时在二次流喷注口喷注二次流气源产生的高压二次流，所述喷注的高压二次流主要具有两方面推力控制作用：第一，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室压强，实现发动机推力可控；第二，喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。

技术领域

本发明涉及一种喉栓火箭发动机，尤其涉及采用二次流喷射与喉栓机械控制相结合的推力控制的喉栓火箭发动机，属于气动与机械混合控制的变推力火箭发动机领域。

背景技术

二次流体喷射是指通过注射二次射流到发动机喷管喉部或者喷管扩张段的主流中，二次射流和主流发生相互作用，改变主流流动状况，从而改变发动机推力的大小和方向。喉栓方案控制固体火箭发动机可以获得推力大小无级调节的理想结果，并且推力调节范围大，调节比大致为10-100，另外可实现随机调节，响应速度很快。

通过改变喷管喉部面积来调节推力是固体火箭发动机推力调节技术领域的一个研究分支。在固定喷管型面的条件下，改变喉部面积的方法主要有机械和流体两种方法。

机械方法主要是带可移动的喉拴，通过喉拴的移动来改变喉部面积。该方法主要适用于小型的固体火箭发动机。因为驱动喉拴要有相应的传动伺服机构，因而用于大型固体火箭发动机时，喉拴的尺寸会增大，使附加结构质量大大增加并且转动部件的存在也降低了该方法的可靠性。另外，喉栓在工作过程中受到主流的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，不能够长时间工作。

涡流阀方案是在燃烧室喷管入口处切向地喷入二次射流，使主流产生回旋从而减小流通面积，进而调节推力大小。该方案在燃烧室内须要放置一个中心分流体，会增加结构质量，并且回旋容易增加燃烧室内颗粒的沉积。另外，回旋也会使喷管出口处喷流的径向动量增加，造成推力系数降低，同时，涡流阀方案仅能调节推力大小，不能调节推力方向。

发明内容

本发明公开的一种具有推力可控功能的二次流喉栓火箭发动机要解决的技术问题是实现使喉栓火箭发动机具有推力可控功能。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种具有推力可控功能的二次流喉栓火箭发动机，主要由壳体、电机、导轮、燃烧室、喉栓和喷管等喉栓火箭发动机基本装置组成。将所述的喉栓内部掏空，在掏空部分装有二次流气源，并在喉栓顶部开有二次流喷注口。工作时在二次流喷注口喷注二次流气源产生的高压二次流，所述喷注的高压二次流主要具有两方面推力控制作用：第一，通过调节二次流压强和流量，调节所形成二次流剪切层实现调节喉部有效面积，进而调节燃烧室压强，实现发动机推力可控；第二，喷注的二次流与主流燃气汇聚实现增加喉栓火箭发动机的总流量，实现增加喉栓火箭发动机推力。

此外，通过改变二次流工质的组分、状态也能够调节喉栓火箭发动机推力大小，实现发动机推力可控。

所述的二次流气源优选高压燃气发生器。

为降低所需电机的功率，简化伺服机构结构，降低伺服机构结构质量，在所述的一种具有推力可控和降温功能的火箭发动机增设高压室、加压装置、单向阀和引流装置。引流装置从燃烧室内引出高温主流燃气，流过单向阀后经过加压装置进一步增加主流燃气压力，加压后的主流燃气在高压室内形成对喉栓的推力，实现降低所需电机的功率。

所述喷注的高压二次流在主流燃气与喉栓之间形成的二次流剪切层，还用于减小主流与喉栓的直接接触，进而减少主流对喉栓的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦。

为进一步降低喉栓的温度，提升抗烧蚀能力，喷注的二次流优选低温二次流。