[发明专利]一种高性能固液混合火箭发动机金属燃料嵌入式药柱

说明书

本发明属于固液火箭发动机技术领域，针对现有技术中存在的推力提升存在瓶颈以及燃烧控制较为困难的技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能固液混合火箭发动机金属燃料嵌入式药柱，所述药柱包括夹层式金属燃料架构本体，以及与其相连接的多组点阵夹层式叶片，相邻两组点阵夹层式叶片之间填充固体推进剂，所述的夹层式金属燃料架构本体的空隙和点阵夹层式叶片空隙相连形成喷注气腔，气体氧化剂通过喷注气腔均匀喷注。同时实现金属燃料的均匀添加进而提高药柱燃烧热值和密度比冲、机械性能、燃面退移速率，并实现燃烧室内氧燃比的均匀分布，契合单孔高退移速率、燃烧稳定可控的固液火箭发动机发展需求。

技术领域

本发明属于固液火箭发动机技术领域，尤其涉及一种高性能固液混合火箭发动机金属燃料嵌入式药柱。

背景技术

固液混合发动机属于热化学推进系统的前沿方向，其一般采用液体氧化剂和固体燃料的组合方式，兼具结构简单、安全性高、推力可调、多次启动、绿色环保等潜在优点，应用前景极为广阔。

评价固液火箭发动机性能不能仅采用燃烧效率这一单一指标，还必须考虑固体药柱的燃面退移速率，其直接决定发动机的推力。传统的固液发动机固体燃料不仅退移速率低，且沿氧化剂流动方向的燃面退移不均匀(氧化剂一般从药柱上游喷注，随着氧化剂向下游的传播，其被逐渐消耗，从而带来氧化剂通量的逐渐下降造成的)，这就导致目前固液发动机的发展存在两大技术难题：推力提升存在瓶颈，燃烧控制较为困难。对于提升退移速率，以往多采用多孔、车轮等复杂结构增加燃面，但这会带来发动机体积利用率低，发动机熄火后燃料残余量多等问题；对于燃面退移不均匀，目前还没有有效的技术手段。因此，新型固液发动机研制中对于克服上述两项技术难题存在强烈的需求。

发明内容

针对现有技术中存在的推力提升存在瓶颈以及燃烧控制较为困难的技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能固液混合火箭发动机金属燃料嵌入式药柱。同时实现金属燃料的均匀添加进而提高药柱燃烧热值和密度比冲、机械性能、燃面退移速率，并实现燃烧室内氧燃比的均匀分布，契合单孔高退移速率、燃烧稳定可控的固液火箭发动机发展需求。

本发明采取的技术方案为：

一种高性能固液混合火箭发动机金属燃料嵌入式药柱，所述药柱包括夹层式金属燃料架构本体，以及与其相连接的多组点阵夹层式叶片，相邻两组点阵夹层式叶片之间填充固体推进剂，所述的夹层式金属燃料架构本体的空隙和点阵夹层式叶片空隙相连形成喷注气腔，气体氧化剂通过喷注气腔均匀喷注。

进一步的，所述夹层式金属燃料架构本体采用与点阵夹层式叶片相同的点阵夹层结构且二者相互连接，氧化剂从点阵夹层式叶片的间隙处均匀喷入进燃烧室。所述夹层式金属燃料架构本体采用中间存在空隙的点阵夹层结构，既能保证该结构具有良好的承载、冲击吸收等特性，也使气体氧化剂扩散更为均匀。

进一步的，所述点阵夹层式叶片沿着金属燃料架构本体的轴向方向设置为波浪形结构，相邻的点阵夹层式叶片的基部呈环形等间距排列在金属燃料架构本体的内壁，相邻的点阵夹层式叶片的自由端部向燃烧室内延伸围挡形成主喷注腔。主喷注腔设置为与金属燃料架构本体同轴的圆柱体空腔。

进一步的，所述金属燃料架构本体的外壁是由外壁a和外壁b组成的双重外壁结构，外壁a和外壁b之间间隔形成中空轴向喷注腔，每组点阵夹层式叶片是由叶片a和叶片b组成的双层叶片结构，叶片a和叶片b之间间隔形成中空径向喷注腔，中空轴向喷注腔和中空径向喷注腔相互连通，氧化剂依次通过中空轴向喷注腔、中空径向喷注腔形成的喷注气腔均匀喷注进入燃烧室内。

进一步的，所述金属燃料架构本体设置为中空同轴圆柱筒体结构，金属燃料架构本体的外径与中空内径的比值设置为3，点阵夹层式叶片的单层厚度为0.3-0.5mm，点阵夹层式叶片的数量设置为6组以上。

进一步的，所述金属燃料架构本体和点阵夹层式叶片均采用铝、镁、或铝镁合金中的任意一种金属燃料粉末由增材制造技术一体成型。