專利名稱：新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部的制作方法
新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部的結(jié)構(gòu)裝置。背景技術(shù)：
當(dāng)飛行器執(zhí)行飛行程序時(shí)，需要完成其中一些控制操作如軌道變換、在空間的定 向與穩(wěn)定、與其他飛行器的交會(huì)與對(duì)接、減速、下降和著陸。這些操作一般由控制飛行器的 反作用力操控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)即為小推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。除用于控制系統(tǒng)外，小推力 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還用主發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)保證系統(tǒng)，用于產(chǎn)生過(guò)載以保證液體組元進(jìn)入蓄液裝置、 飛行器部件的分離系統(tǒng)、火箭起飛時(shí)發(fā)生事故情況下航天器保護(hù)系統(tǒng)以及軟著陸系統(tǒng)等 等，小推力發(fā)動(dòng)機(jī)的性能好壞直接影響到飛行器的操控精度及使用壽命。氣氫/氣氧變軌小發(fā)動(dòng)機(jī)屬于小推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。氫氧屬于非自燃推進(jìn)劑， 必須要有一定的點(diǎn)火裝置。通常，非自燃推進(jìn)劑的小發(fā)動(dòng)機(jī)，采用電火花點(diǎn)火系統(tǒng)來(lái)啟動(dòng) 小推力發(fā)動(dòng)機(jī)。由于電點(diǎn)火系統(tǒng)需要包括變壓器的高壓電路系統(tǒng)及電火花塞點(diǎn)火器，航天 器輔助推進(jìn)裝置不包括高能火花塞(其直徑為43. 1mm，長(zhǎng)度94mm)的電點(diǎn)火裝置重量為 635g，其尺寸禾口重量者口比較大，見(jiàn)文獻(xiàn) Rollbuhler R.J. 《Experiment performance of a water electrolysis rocket》，編號(hào)NASA TM X-1737,1968.而航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)為了保證 電火可靠性，通常每個(gè)點(diǎn)火室頭部需要采用兩個(gè)電點(diǎn)火器作為安全備用，美國(guó)航天飛機(jī)主 發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞點(diǎn)火室的噴注器、燃燒室及電火花塞結(jié)構(gòu)等見(jiàn)文獻(xiàn)《氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)》。如 果將電點(diǎn)火裝置系統(tǒng)用于小推力發(fā)動(dòng)機(jī)，整個(gè)小推力發(fā)動(dòng)機(jī)頭部的體積和重量將會(huì)大大增 加。此外，電點(diǎn)火系統(tǒng)易受太空射頻和靜電干擾，在太空條件高壓電路系統(tǒng)工作可靠性差， 電火花塞也常因污染產(chǎn)生故障。傳統(tǒng)電點(diǎn)火裝置系統(tǒng)在重量和可靠性等方面與小推力發(fā)動(dòng) 機(jī)不相匹配，成為制約氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)研究開(kāi)發(fā)的瓶頸，所以對(duì)于非自燃推進(jìn)劑的小推力發(fā) 動(dòng)機(jī)一直在探索與研究新的點(diǎn)火原理與方案。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單、可靠、小推力發(fā)動(dòng)機(jī)頭部結(jié)構(gòu)尺寸小的點(diǎn)火及結(jié) 構(gòu)方案。本發(fā)動(dòng)機(jī)要解決的問(wèn)題是采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的新型氣動(dòng)諧振點(diǎn)火技術(shù)；在 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火裝置與小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部有機(jī)結(jié)合；實(shí)現(xiàn)同軸氫氧諧振點(diǎn)火器尺寸小型 化。新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部由點(diǎn)氧噴嘴⑴、氫焊接嘴⑵、氫噴嘴⑶、鈮片⑷、諧振 腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧噴嘴(11)、封 頭(12)組成。利用發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑噴入諧振管時(shí)的諧振加熱現(xiàn)象對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施點(diǎn)火。新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部具有的優(yōu)點(diǎn)有(a)將點(diǎn)火裝置和推力室頭部合二為一， 頭部尺寸小，質(zhì)量輕；(b)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，去掉了電點(diǎn)火系統(tǒng)中的高壓電路系統(tǒng)合高能電 火花塞；(c)點(diǎn)火裝置不 防射頻、防靜電，也不會(huì)產(chǎn)生高頻電火花干擾空間站上的儀器設(shè) 備；(4)可靠性高，各部分焊接連接，沒(méi)有可移動(dòng)零件，沒(méi)有易堵、易卡的小閥門(mén)等不安全因素；(5)主氧噴嘴倒角處開(kāi)孔有利于摻混燃燒；(6)先通過(guò)諧振加熱點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃全部氫氣 和部分氧氣，形成的燃?xì)庠倥c主氧進(jìn)行燃燒的方式有利于燃燒效率的提高；(7)氫氣全部 從點(diǎn)火器進(jìn)入簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖1是新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明小推力發(fā)動(dòng)機(jī)頭部如圖1所示。該小推力發(fā)動(dòng)機(jī)頭部由點(diǎn)氧噴嘴(1)、氫焊接嘴 (2)、氫噴嘴(3)、鈮片(4)、諧振腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)、外套(9)、主氧 焊接嘴(10)、主氧噴嘴(11)、封頭(12)組成。點(diǎn)氧噴嘴(1)裝在氫噴嘴(2)中，點(diǎn)氧噴嘴(1)位于中心，兩者同軸，通過(guò)焊接方 式連接。氫噴嘴(3)側(cè)面開(kāi)孔，并與氫焊接嘴(2)通過(guò)焊接相連接。點(diǎn)氧噴嘴(1)、氫噴嘴 (2)與氫焊接嘴(3)共同構(gòu)成點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)。鈮片(4)、諧振腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)構(gòu)成諧振加熱點(diǎn)火裝 置。鈮片(4)卡在諧振腔(5)與諧振管(6)之間，諧振腔(5)側(cè)面開(kāi)有排氣孔，鈮片(6)覆 蓋住諧振管端面金屬部分，諧振腔(5)與諧振管(6)通過(guò)焊接方式連接。諧振頭(7)位于諧 振管(6)尾部，通過(guò)焊接方式連接，諧振頭(7)外部焊接有保溫套。鈮片(4)、諧振腔(5)、 諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)共軸，并與點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)共軸。諧振加熱點(diǎn)火裝置位于點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)與外套(9)之間，外套與諧振加熱點(diǎn)火裝 置之間是點(diǎn)火燃?xì)馔ǖ溃c(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)與外套(9)均通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)固定、密封。主氧焊接 嘴(10)通過(guò)外套(9)側(cè)面的開(kāi)孔與主氧噴嘴(11)相連，與外套(9)處和主氧噴嘴(11)均 通過(guò)焊接連接、固定及密封。封頭(12)通過(guò)焊接與主氧噴嘴(11)相連。主氧噴嘴(11)在 朝燃燒室方式具有倒角，在朝燃燒室方向的端面鉆有氧氣噴注孔，倒角處鉆有一圈與倒角 相垂直的氧氣噴注器孔。小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部工作時(shí)，先通過(guò)氫焊接嘴(2)往氫噴嘴(3)通過(guò)氫氣，氫氣噴入諧振 管(6)后產(chǎn)生諧振，通過(guò)氣動(dòng)諧振加熱效應(yīng)使氫氣溫度瞬間上升，然后通過(guò)點(diǎn)氧噴嘴(1)通 入氧氣，與高溫的氫氣接觸后被點(diǎn)燃形成點(diǎn)火火炬，點(diǎn)火火炬通過(guò)點(diǎn)火燃?xì)馔ǖ绹娙胪屏?室，同時(shí)，位于點(diǎn)火燃?xì)馔ǖ赖闹餮鯂娮?11)噴入氧氣，與點(diǎn)火火炬燃燒。
權(quán)利要求
新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部，由點(diǎn)氧噴嘴(1)、氫焊接嘴(2)、氫噴嘴(3)、鈮片(4)、諧振腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧噴嘴(11)、封頭(12)組成，其特征在于點(diǎn)氧噴嘴(1)裝在氫噴嘴(2)中，通過(guò)焊接方式連接。氫噴嘴(3)側(cè)面開(kāi)孔，并與氫焊接嘴(2)通過(guò)焊接相連接。點(diǎn)氧噴嘴(1)、氫噴嘴(2)與氫焊接嘴(3)共同構(gòu)成點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)。鈮片(4)、諧振腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)構(gòu)成諧振加熱點(diǎn)火裝置。鈮片(4)卡在諧振腔(5)與諧振管(6)之間，諧振腔(5)與諧振管(6)通過(guò)焊接方式連接。諧振頭(7)位于諧振管(6)尾部，通過(guò)焊接方式連接，諧振頭(7)外部焊接有保溫套。鈮片(4)、諧振腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)共軸，并與點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)共軸。諧振加熱點(diǎn)火裝置位于點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)與外套(9)之間，點(diǎn)火器噴嘴結(jié)構(gòu)與外套(9)均通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)固定、密封。主氧焊接嘴(10)通過(guò)外套(9)側(cè)面的開(kāi)孔與主氧噴嘴(11)相連，與外套(9)處和主氧噴嘴(11)均通過(guò)焊接連接、固定及密封。封頭(12)通過(guò)焊接與主氧噴嘴(11)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部，其特征在于點(diǎn)氧噴嘴(1)與氫噴 嘴(2)、諧振管(6)共軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部，其特征在于諧振腔(5)側(cè)面開(kāi)有 排氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部，其特征在于鈮片(4)覆蓋位諧振 管(6)端面金屬部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部，其特征在于主氧噴嘴(9)位于燃 氣通道內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部，其特征在于主氧噴嘴(9)端面有 倒角，倒角處有噴注孔。
全文摘要
新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。新型氫氧小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部由點(diǎn)氧噴嘴(1)、氫焊接嘴(2)、氫噴嘴(3)、鈮片(4)、諧振腔(5)、諧振管(6)、諧振頭(7)、保溫套(8)、外套(9)、主氧焊接嘴(10)、主氧噴嘴(11)、封頭(12)組成。利用發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑噴入諧振管時(shí)的諧振加熱現(xiàn)象對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施點(diǎn)火。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的新型氣動(dòng)諧振點(diǎn)火技術(shù)；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火裝置與小發(fā)動(dòng)機(jī)頭部有機(jī)結(jié)合；實(shí)現(xiàn)同軸氫氧諧振點(diǎn)火器尺寸小型化。
文檔編號(hào)F02K9/95GK101852146SQ20091008127
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者俞南嘉, 宋雅娜, 張國(guó)舟, 蔡國(guó)飆, 馬彬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)