[发明专利]一种发动机推力控制方法及变推力发动机

说明书

本发明公开了一种发动机推力控制方法及变推力发动机，在推力室喉部通过利用气体调节改变推力室燃气的喉部流量系数从而间接改变推力室内燃气在喉部的有效流通面积，并通过该方法设计了可改变推力的变推力发动机。本发明的设计原理简单可靠，结构合理，可有效改变火箭发动机推力室喉部的流量系数，改变推力室内燃气在喉部的有效流通面积，从而达到改变发动机推力的目的。

技术领域

本发明涉及发动机的推力控制方法以及推力室结构，特别是推力室的喉部，可用于载人、探月、动能武器等方面，属于航天动力技术领域。

背景技术

火箭发动机的推力如(式1)所示

F＝P_c*A_t*C_F (式1)

其中：F为发动机推力；P_c为发动机室压，与发动机流量成正相关关系；A_t为发动机喉部流通面积；C_F为喷管推力系数。

根据(式1)可知，变推力火箭发动机实现变推力途径有以下几种方式：

(1)通过调节发动机流量来改变发动机室压；

(2)通过调节喉部燃气有效流通面积；

(3)调整喷管扩张比来改变推力系数。

其中(1)、(2)方法均可以实现连续大范围调节推力的目的，(3)由于受发动机包络尺寸及重量等影响，只能实现阶跃式调节发动机推力。

目前已在实际中应用的连续变推力调节发动机均是通过调节发动机流量来实现变推力调节。通过调节发动机流量来调节推力存在以下几个问题：

1)调节线性度差，很难做到精确控制；

2)容易影响发动机燃烧效率，降低发动机性能。

而通过改变发动机燃气喉部有效流通面积来调节推力易实现高精度调节且不影响燃烧室内的雾化、燃烧。在现有的控制喉部面积的变推力发动机中，均采用的是针栓式调节方式，但喉部温度高，且受高速气体冲刷，喉部调节针栓容易受到燃气冲刷及侵蚀，结构复杂，不易调节控制，现有的材料很难满足在如此恶劣的条件下达到精确控制的要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种发动机推力控制方法及变推力发动机，实现间接控制发动机推力的目的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机推力控制方法，所述发动机包括拉瓦尔喷管，在拉瓦尔喷管喉部位置形成气膜，通过控制气膜的厚度来改变喉部位置燃气轴向有效流通截面积，进而控制发动机推力大小。

优选的，所述气膜为一层紧贴拉瓦尔喷管喉部内壁表面的环向气膜。

优选的，所述气膜的厚度通过控制气体压力的大小来调整。

优选的，形成所述气膜的气体温度低于拉瓦尔喷管喉部位置处燃烧气体的温度。

一种变推力发动机，所述发动机包括拉瓦尔喷管，所述拉瓦尔喷管的喉部设置有气体喷射孔。

优选的，所述气体喷射孔与拉瓦尔喷管喉部内壁表面相切。需要说明的是，由于气体喷射孔是有内径的，所以这里的相切是把气体喷射孔近似为一条与喉部截面内轮廓线相切的直线，当气体喷射孔内径较大时，可以理解为气体喷射孔的表面包含一条与拉瓦尔喷管喉部截面相切的切线，气体喷射孔轴线平行于该切线，其目的是气体喷射孔喷射的气流沿着喉部截面切线方向射出，即气体喷射孔中喷出的气流沿着喉部区域内壁形成环向流动气膜。

优选的，所述气体喷射孔有多个，多个气体喷射孔在同一个平面内并沿环形分布，所述平面垂直于拉瓦尔喷管的轴线。