[发明专利]一种基于无毒环保推进剂的轨姿控集成动力系统

说明书

为解决传统上升级发动机性能偏低、推进剂有毒，或者下降发动机和上升发动机集成形式结构相对复杂的技术问题，本发明提出了一种基于无毒环保推进剂的轨姿控集成动力系统，采用推进剂共享的轨姿控一体化系统方案，充分利用液氧密度大贮存方便、气氧火炬点火成熟可靠的优势，在主液氧贮箱和高压气氧贮箱之间设置独立工作的气氧燃气发生器，将主液氧贮箱的液氧转换为高混合比的高压高富氧燃气，除水后贮存在高压气氧贮箱内，实现姿控推进剂的高密度贮存，为主发动机的多次点火、姿控发动机工作提供高压气氧，有效实现轨姿控一体化应用，提高了推进剂利用率；采用分置小型化电动增压泵方案，在提高系统性能的同时，还能简化系统方案，使结构简单可靠。

技术领域

本发明属于液体火箭发动机系统设计领域，涉及一种基于无毒环保推进剂的轨姿控集成动力系统，适用于有多次起动的自身增压或氦增压的液体火箭发动机，可作为月球探测上升级动力系统的方案。

背景技术

月球探测和(载人)月面着陆任务分为下降级和上升级动力系统两个部分，完成月面软着陆和月面探测任务后，上升级动力系统主要作用是从月面返回到月球轨道，在月面上升过程中，要求上升级动力系统推力额定、多次起动和长时间可靠工作。

传统上升级发动机采用有混肼和四氧化二氮的挤压式系统，发动机结构简单，可靠性高，但是比冲性能偏低，推进剂有毒。

还有另一种采用下降级发动机和上升级发动机集成的形式，主发动机采用偏二甲肼和四氧化二氮的燃气发生器循环，该动力系统为开式循环，性能适中，但是结构相对复杂。

发明内容

本发明的目的是解决传统上升级发动机性能偏低、推进剂有毒，或者下降发动机和上升发动机集成形式结构相对复杂的技术问题，提出了一种基于无毒环保推进剂的轨姿控集成动力系统，具有整体集成度高、无毒环保、高比冲、结构简单可靠等优点。

本发明的技术方案是：

一种基于无毒环保推进剂的轨姿控集成动力系统，其特殊之处在于：包括氦增压单元、液氧供应单元、燃料供应单元、气氧生成单元、姿控发动机系统和主发动机；

氦增压单元用于对所述液氧供应单元和燃料供应单元增压；

液氧供应单元通过第一氧化剂管路与所述气氧生成单元的氧化剂入口相连，用于向气氧生成单元提供液氧；液氧供应单元通过第二氧化剂管路与所述主发动机的氧化剂入口相连，用于向主发动机提供液氧；

燃料供应单元通过燃料管路分别与所述用于为所述气氧生成单元、姿控发动机系统和主发动机的燃料入口相连，用于为气氧生成单元、姿控发动机系统和主发动机提供燃料；

气氧生成单元包括依次连接的气氧燃气发生器、除水器和高压气氧贮箱；气氧燃气发生器的氧化剂入口接所述液氧供应单元的出口，气氧燃气发生器的燃料入口接所述燃料供应单元的出口；气氧燃气发生器生成的高压高富氧燃气经所述除水器除水后，贮存在所述高压气氧贮箱内；所述高压气氧贮箱的出口与分别与所述姿控发动机系统和主发动机的气氧入口端相连，为姿控发动机系统和主发动机的火炬点火装置提供气氧。

进一步地，在所述第一氧化剂管路上设置有第一电动增压泵，用于为送入气氧发生器的氧化剂增压；在所述第二氧化剂管路上设置有第二电动增压泵，用于为送入主发动机的氧化剂增压；在所述燃料管路上设置有第三电动增压泵，用于为送入主发动机和气氧发生器的燃料增压。

进一步地，所述第一电动增压泵的流量和功率比第二、第三电动增压泵小。

进一步地，所述主发动机采用多次启动、推力恒定的发动机。

进一步地，所述主发动机推力室的燃烧室身部和喷管喉部区域采用液膜冷却，其余部分采用烧蚀冷却。

进一步地，所述主发动机推力室的喷管扩展段采用酚醛树脂复合材料制成。