[发明专利]一种新型变推力核热推进系统

说明书

一种新型变推力核热推进系统，包括氢工质主推进剂供应系统、辅推进剂供应系统、推进剂混合器、反应堆系统、再生冷却喷管以及相应的控制系统和管路阀门。本发明通过改变推进剂成分来控制推力；主、辅推进剂在推进剂混合器中混合后进入压力容器，被反应堆堆芯加热后进入再生冷却喷管内膨胀加速排出整个推进系统，产生推力。本发明控制推力的方式更加安全，采用的辅推进剂种类多样、容易制备、性价比高。本发明新型变推力核热推进系统经济性、灵活性更高，适合作为未来深空探测航天器的推进动力。

技术领域

本发明涉及空间核动力推进技术领域，具体涉及一种新型变推力核热推进系统。

背景技术

核热推进系统与传统的化学推进系统相比，具有能量密度高、比冲高、可重复启动等优点；与电推进系统相比，核热推进系统推力更大。核热推进系统在未来的深空探测任务中将会大有所为，美国宇航局已将其作为火星载人探测任务的首选方案。

变推力火箭发动机在空间机动与航天运输等任务活动中具有更好的灵活性和机动性等优点。目前，推力控制的方式主要有改变推进剂流量和调节喷管喉部流动面积等几种方式。若核热推进系统也可实现推力控制，则核热推进系统的应用范围会更加广泛，更好地发挥其优势。目前，国内外有关的变推力核热推进系统鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型变推力核热推进系统，为深空探测任务提供适用范围更广、灵活度更高的推进动力方案。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型变推力核热推进系统，包括氢工质主推进剂供应系统、辅推进剂供应系统、推进剂混合器4、反应堆系统、再生冷却喷管5以及相应的控制系统和管路阀门；

所述氢工质主推进剂供应系统包括氢工质储箱1-1、氢工质管路控制阀1-2、氢泵1-4、氢管路旁流控制阀1-3、主涡轮机1-5、主涡轮机进气控制阀1-6、主涡轮机出气控制阀1-7以及相应的控制系统和管路阀门；氢工质储箱1-1用来储存主推进剂氢，其出口连接氢工质管路控制阀1-2；氢工质管路控制阀1-2出口连接氢泵1-4，氢泵1-4为氢工质加压，其动力轴与主涡轮机1-5相连，主涡轮机1-5为氢泵1-4提供动力；与氢泵1-4相连的氢管路旁流控制阀1-3用以控制氢工质的流量；氢泵1-4输送的主推进剂进入再生冷却喷管5的部分再生冷却通道和反应堆系统的反射层3-1；

所述辅推进剂供应系统包括辅推进剂储箱2-1、辅推进剂管路控制阀2-2、辅推进剂泵2-4、辅推进剂管路旁流控制阀2-3、辅涡轮机2-5以及相应的控制系统和管路阀门；辅推进剂储箱2-1用来储存辅推进剂，其出口连接辅推进剂管路控制阀2-2，辅推进剂管路控制阀2-2出口连接辅推进剂泵2-4，辅推进剂泵2-4为辅推进剂加压，其动力轴与辅涡轮机2-5相连，辅涡轮机2-5为辅推进剂泵2-4提供动力；与辅推进剂泵2-4相连的辅推进剂管路旁流控制阀2-3用以控制辅推进剂的流量；辅推进剂泵2-4输送的辅推进剂进入再生冷却喷管5的部分再生冷却通道和反应堆系统的反射层3-1，随后辅推进剂进入推进剂混合器4；辅涡轮机2-5进气口与主涡轮机1-5出口相连，辅涡轮机2-5出气口与推进剂混合器4相连；

所述反应堆系统包括反射层3-1、压力容器3-2和反应堆堆芯3-3；压力容器3-2包裹着反射层3-1和反应堆堆芯3-3，反射层3-1设置在反应堆堆芯3-3外围一圈；反射层3-1的作用一方面将反应堆堆芯3-3产生的中子反射回活性区，提高中子经济性，一方面预热主推进剂和辅推进剂；反应堆堆芯3-3的作用为主推进剂和辅推进剂提供能量，反应堆堆芯3-3出口连接再生冷却喷管5；所述反射层3-1出口氢管路一支与主涡轮机1-5进气口相连，另一支通过主涡轮机进气控制阀1-6与推进剂混合器4相连；主涡轮机1-5出气口一个支路与辅涡轮机2-5相连，另一个支路通过涡轮机出气控制阀1-7与推进剂混合器4相连；

所述推进剂混合器4入口与主涡轮机1-5、辅涡轮机2-5、反射层3-1出口推进剂管路相连，推进剂混合器4出口与压力容器3-2相连；