[发明专利]一种协同吸气式液体火箭发动机推进剂供应系统

说明书

本发明公开了一种协同吸气式液体火箭发动机推进剂供应系统，包括液氧储箱、液氢储箱、液氧管道、液氢管道、高温来流空气管道、氦气管道和火箭推力室。液氢储箱与火箭推力室之间形成为火箭腹部；液氢管道位于火箭腹部，且呈直线型布设；高温来流空气管道和氦气管道并行式缠绕在液氢管道的外侧，且氦气管道位于两管道之间；空气进气口的侧壁安装长度能伸缩的伸缩臂；当伸缩臂长度伸长时，空气进气口从火箭腹部推出，实现吸气工作模式；当伸缩臂长度缩短时，空气进气口收纳在火箭腹部中，实现纯火箭工作模式。本发明能够利用大气层中的氧气，且优化了传统液体火箭发动机内部管路布局，使其拥有高比冲、大推重比，从而降低发射成本。

技术领域

本发明涉及航天动力领域，特别是一种协同吸气式液体火箭发动机推进剂供应系统。

背景技术

在各类航天动力装置中，液体火箭发动机因其比冲大、易控制等特点而应用广泛。氢氧火箭发动机是一种以液态氧为氧化剂、以液态氢为燃烧剂的液体火箭发动机，液氢液氧是液体推进剂中唯一一种比冲超过400s的组合，由于其具有比冲高的优点，能大幅降低火箭起飞重量，被广泛用于运载火箭。但是我国氢氧火箭发动机起步较晚，与国外相比在推力和比冲方面水平都较低，如何提高氢氧火箭发动机性能是我国航天动力领域的研究重点。

传统的液体火箭发动机按其推进剂供应方式，可分为泵压式和挤压式两种，然而这两种方式在结构上都存在一些问题：以泵压式为例，大量阀门、泵等原件的使用需要电源带动，给火箭的电源分系统造成负担，有限的电源能力不足以带动推进剂供应，还需要燃气发生器、燃料启动油箱等“小发动机”来实现推进剂的供应，造成了泵压式液体火箭发动机结构复杂、易出现故障。挤压式液体火箭发动机虽然结构简单，但需要自身携带高压气瓶等元器件，造成结构质量庞大，一般适用于小推力、低总冲需求的推进系统，或用于卫星的轨姿控发动机。对于氢氧发动机同样存在这些推进剂供应系统问题。

因此，如何设计出一种更优化的氢氧火箭发动机推进剂输运系统成为一个非常有潜力的研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种协同吸气式液体火箭发动机推进剂供应系统，该协同吸气式液体火箭发动机推进剂供应系统能够利用大气层中的氧气，且优化了传统液体火箭发动机内部管路布局，使其拥有高比冲、大推重比，从而降低发射成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种协同吸气式液体火箭发动机推进剂供应系统，包括液氧储箱、液氢储箱、液氧管道、液氢管道、高温来流空气管道、氦气管道和火箭推力室。

液氧储箱和液氢储箱设置在火箭推力室的头部外侧，且液氢储箱与火箭推力室之间形成为火箭腹部。

液氧管道的进液端穿过液氢储箱后，与液氧储箱相连通；液氧管道的出液端与火箭推力室相连通。

液氢管道位于火箭腹部，且呈直线型布设，用于将液氢储箱内的液氢传输并喷注至火箭推力室中。

高温来流空气管道和氦气管道并行式缠绕在液氢管道的外侧，且氦气管道位于高温来流空气管道和液氢管道之间；高温来流空气管道为柔性管，高温来流空气管道的进气端设置有空气进气口，高温来流空气管道的出气端连接空气压缩机，空气压缩机的出气口连接火箭推力室。

空气进气口的侧壁安装有伸缩臂，伸缩臂的另一端位置固定，且伸缩臂的长度能够伸缩；当伸缩臂长度伸长时，空气进气口从火箭腹部推出，能够吸收大气层中的空气；当伸缩臂长度缩短时，空气进气口收纳在火箭腹部中，阻隔大气层中的空气进入高温来流空气管道。

液氧储箱、液氢储箱和火箭推力室位于同一轴线上，且液氢储箱位于液氧储箱和火箭推力室之间。

液氧管道的出液端呈螺旋式缠绕在火箭推力室的筒体侧壁上，并将液氧从火箭推力室的筒体侧壁尾端喷注至火箭推力室中。

空气进气口中内置有预冷器。