疊加吸氣制氧火箭工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]疊加吸氣制氧火箭的工作方法涉及屬于航空及航天技術(shù)領(lǐng)域。用于未來(lái)空天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及空天飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管航天飛機(jī)比起一次使用的運(yùn)載火箭前進(jìn)了一大步，但仍有諸如故障頻繁，費(fèi)用昂貴等許多不足。而空天飛機(jī)與航天飛機(jī)不同，它的地面設(shè)施簡(jiǎn)單，維護(hù)使用方便，操作費(fèi)用低，在普通的大型機(jī)場(chǎng)上就能水平起飛和降落，具有一般航線班機(jī)的飛行頻率。這種飛機(jī)的外型與大型超音速噴氣客機(jī)相似，更多地具有飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。，在大氣層飛行時(shí)，充分利用大氣中的氧氣。加之它可以上百次的重復(fù)使用，真正實(shí)現(xiàn)了高效能和低費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)估算，用它發(fā)射近地衛(wèi)星費(fèi)用只有航天飛機(jī)的1/5，而發(fā)射地球同步衛(wèi)星費(fèi)用只需1/10。
[0003]火箭在飛行中能夠制造出足夠多的氧氣，來(lái)滿足或補(bǔ)充火箭在太空飛行使用氧氣的需求，這樣就可以把火箭重量減輕更多，也就是使火箭的運(yùn)載能力再一次增加，為此設(shè)計(jì)疊加吸氣制氧火箭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]疊加吸氣制氧火箭的工作方法是由以下設(shè)備及部件組成的:頭部小火箭1、內(nèi)吸氣涵道2 (或、與外吸氣涵道)、吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴(kuò)散管6、火箭燃燒室7、閥門(mén)8、點(diǎn)火處(a)9、燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11、內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12、燃料加注點(diǎn)(c) 13、燃料加注點(diǎn)(d) 14、擴(kuò)散管(b) 15、外吸氣涵道(b) 16、吸氣吼17、點(diǎn)火處(b) 18、制氧吸氣管19、制氧設(shè)備20、非氧排出管21組成。
[0005]疊加吸氣制氧火箭工作方法的工作原理，制氧工廠氧氣的制造是把空氣加壓后利用不同的壓加及溫度使氧氣液化分離氧氣或用過(guò)濾法分離法，當(dāng)火箭飛行速度產(chǎn)生的壓力達(dá)到制氧所需壓力時(shí)，就可以將空氣引入火箭制氧系統(tǒng)中制氧。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是多根內(nèi)吸氣涵道疊加吸氣制氧火箭圖，如圖1所示，4根內(nèi)吸氣涵道2，從頭部小火箭I的前方穿入頭部小火箭I的內(nèi)部至吸氣室4穿出，這四根內(nèi)吸氣涵道是從頭部小火箭I內(nèi)部穿過(guò)的，空氣由這4根內(nèi)吸氣涵道2在頭部小火箭拉瓦爾噴嘴噴射火焰的推動(dòng)下進(jìn)入擴(kuò)散管(a)6中，混入空氣的火箭燃料在擴(kuò)散管(a)6中燃燒，產(chǎn)生的高速氣流噴入擴(kuò)散管(b) 15 (閥門(mén)8處于常開(kāi)狀態(tài))時(shí)，生產(chǎn)的真空會(huì)通過(guò)外吸氣涵道(b)16及吸氣吼17將空氣吸入，被擴(kuò)散管(a)6推入燃燒室7中進(jìn)行燃燒的，當(dāng)火箭速度使迎面過(guò)來(lái)的空氣產(chǎn)生的壓力達(dá)到制氧條件時(shí)，另一部份空氣經(jīng)兩根制氧吸氣管19中，匯入制氧氣設(shè)備20中，氧氣分離后非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管20排入火箭尾部噴管喇叭口排出。
[0007]圖2是內(nèi)外吸氣涵道疊加吸氣制氧火箭圖，如圖2所示，4根內(nèi)吸氣涵道2，從頭部小火箭I的前方穿入內(nèi)部到外吸氣涵道3穿出(吸氣室與外吸氣涵道溶合)，空氣在內(nèi)吸氣涵道2及外吸氣涵道3在頭部小火箭拉瓦爾噴嘴火焰的作用下，進(jìn)入擴(kuò)散管(a)6中，擴(kuò)散管(a) 6燃料燃燒后產(chǎn)生的高速氣流，噴入擴(kuò)散管(b) 15 (閥門(mén)8處于常開(kāi)狀態(tài))時(shí)，這個(gè)過(guò)程會(huì)生產(chǎn)真空，通過(guò)外吸氣涵道(b) 16及吸氣吼17將空氣吸入，被推入燃燒室7中，另一部份空氣經(jīng)兩根制氧吸氣管19，匯入制氧氣設(shè)備20，氧氣分離后非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管21排入火箭尾部噴管的喇叭口排出。
[0008]圖3是外吸氣涵道疊加吸氣制氧火箭圖，如附圖3所示，此設(shè)計(jì)火箭只有外吸氣涵道3，空氣由外吸氣涵道3吸入后，在頭部小火箭拉瓦爾噴嘴噴出火焰的作用下使吸入的空氣加入燃料后擴(kuò)散管(a)6中的大喇叭口內(nèi)燃燒，擴(kuò)散管(a)6燃燒產(chǎn)生的高速氣流，噴入擴(kuò)散管(b) 15 (閥門(mén)8處于常開(kāi)狀態(tài))時(shí)，這個(gè)過(guò)程會(huì)真空，真空通過(guò)外吸氣涵道(b)16及吸氣吼17將空氣吸入，被推入吸氣室7中，當(dāng)火箭的速度產(chǎn)生的壓力，使迎面過(guò)來(lái)的空氣能哆達(dá)到制氧條件時(shí)，另一部份空氣經(jīng)兩根制氧吸氣管19，匯入制氧氣設(shè)備20制氧，氧氣分離后非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管21排入火箭尾部噴管喇叭口排出。
[0009]圖4是單根內(nèi)吸氣涵道疊加吸氣制氧火箭圖，如圖4所示，I根內(nèi)吸氣涵道2，從頭部小火箭I前方正中央穿入內(nèi)部，到頭部小火箭I尾部正中央穿出，頭部小火箭I尾部拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)，設(shè)在內(nèi)吸氣涵道2周圍的頭部小火箭尾部環(huán)形壁上，拉瓦爾噴嘴5群(噴嘴群)的火焰噴射以漏斗狀交于一點(diǎn)，在此過(guò)程噴射火焰漏斗中心會(huì)產(chǎn)生真空為第一次吸氣，計(jì)算好交點(diǎn)與擴(kuò)散管的間距或位置(產(chǎn)生真空的重要指標(biāo))，射入擴(kuò)散管(a)6后產(chǎn)生真空為第二次吸氣，此設(shè)計(jì)有拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(美國(guó)工程師玩法，乒乓球?qū)⑵古仪蚺膿羲?。網(wǎng)上有此資料)，擴(kuò)散管(a) 6產(chǎn)生的高速氣流，噴入擴(kuò)散管(b) 15 (閥門(mén)8處于常開(kāi)狀態(tài))時(shí)，此時(shí)會(huì)生產(chǎn)的真空就是第三次吸氣了，真空通過(guò)外吸氣涵道(b) 16及吸氣吼17將空氣吸入，被推入燃燒室7中，當(dāng)另一部份空氣經(jīng)兩根制氧吸氣管19，匯入制氧氣設(shè)備20，氧氣分離后非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管20排入火箭尾部噴管的喇叭口排出。
[0010]圖5是樹(shù)枝狀內(nèi)吸氣涵道疊加吸氣制氧火箭圖，如圖5所示，I根內(nèi)吸氣涵道2從頭部小火箭I前方正中央穿入內(nèi)部到頭部小火箭I尾部正中央穿出，另外的4根內(nèi)吸氣涵道2由頭部小火箭I前方中心外側(cè)穿入頭部小火箭I內(nèi)部，并在頭小火箭內(nèi)部交于正中央的內(nèi)吸氣涵道2上，以樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)連接在正中央的內(nèi)吸氣涵道2上，頭部小火箭I尾部拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)，設(shè)在內(nèi)吸氣涵道周圍的頭部小火箭I尾部環(huán)形壁，拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)的火焰噴射以漏斗狀交于一點(diǎn)，此過(guò)程漏斗中會(huì)產(chǎn)生真空(液體漩渦的原理)是第一次吸氣，并設(shè)置好交點(diǎn)在擴(kuò)散管(a)6的距離或位置(產(chǎn)生真空的重要指標(biāo))，射入擴(kuò)散管(a)6后產(chǎn)生真空為第二次吸氣，混入空氣的燃料在擴(kuò)散管(a)6產(chǎn)生的高速氣流，噴入擴(kuò)散管(b) 15 (閥門(mén)8處于常開(kāi)狀態(tài))時(shí)，生產(chǎn)的真空會(huì)通過(guò)外吸氣涵道(b) 16及吸氣吼17將空氣吸入，被推入燃燒室7中就成為了第三次吸氣，此設(shè)計(jì)有拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(美國(guó)工程師玩法，乒乓球?qū)⑵古仪蚺膿羲?。網(wǎng)上有此資料)，使噴入兩個(gè)擴(kuò)散管的氣體速度更快，另一部份空氣經(jīng)兩根制氧吸氣管19，匯入制氧氣設(shè)備20，氧氣分離后非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管21排入火箭尾部噴管的喇叭口排出。
[0011]圖6是疊加吸氣制氧火箭的火箭部件名細(xì)表圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]疊加火箭的二次吸氣工作方法。其組成有:頭部火箭1、內(nèi)吸氣涵道2 (或，與外吸涵道3)，吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴(kuò)散管(a)6、后部火箭燃燒室7、閥門(mén)8、點(diǎn)火處(a)9、燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11、內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12、燃料加注點(diǎn)(c) 13、燃料加注點(diǎn)(d)這14、擴(kuò)散管bl5、外吸氣涵道(b) 16、吸氣吼17、點(diǎn)火處(b) 18、制氧吸氣管19、制氧設(shè)備20、非氧氣體排出管21。由1-21組成。
[0013]疊加火箭的二次吸氣方法的工作原理，如圖5所示，頭部小火箭I點(diǎn)火后，產(chǎn)生高溫、高壓的氣體，依據(jù)《水蒸氣噴射真空泵》一文中的〈噴射器 > 工作原理，通過(guò)拉瓦爾噴嘴5高速噴入擴(kuò)散管(a)6中，在這一過(guò)程中拉瓦爾噴嘴5與擴(kuò)散管(a)6之間設(shè)有間隙并且間隙與擴(kuò)散管管口周圍會(huì)產(chǎn)生真空，真空通過(guò)吸氣室4、內(nèi)吸氣涵道2將大氣層的空氣吸入，在燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11加注燃料，在點(diǎn)火處(a)9點(diǎn)火(或由拉瓦爾噴嘴5噴出的火焰點(diǎn)火)，在擴(kuò)散管(a) 6燃燒，高速噴入擴(kuò)散管(b)15，擴(kuò)散管(a) 6與擴(kuò)散管(b) 15之間設(shè)有隙間，間隙與擴(kuò)散管(b)15管口周圍會(huì)產(chǎn)生真空，真空通過(guò)外吸氣涵道(b) 16及吸氣吼17將空氣吸入，在擴(kuò)散管(a)6噴出的火焰氣流的作用下，將空氣推入擴(kuò)散管(b) 15中，與此同時(shí)燃料加注點(diǎn)(a) 14、燃料加注點(diǎn)(b) 15加注火箭液體、固體火箭燃料及催化劑，在點(diǎn)火處18點(diǎn)火(或用擴(kuò)散管<a>6的火焰點(diǎn)火)，在火箭燃燒室燃燒，推動(dòng)火箭飛行。拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)的火焰以漏斗狀噴射，其漏斗中心會(huì)產(chǎn)生真空(液體漩渦原理)就會(huì)產(chǎn)生一次吸氣，在此過(guò)程中還有一部份空氣經(jīng)制氧吸氣管19匯入制氧設(shè)備20、制氧后的非氧氣體，經(jīng)非氧排出管21排入火箭尾部噴管喇叭口排出。
[0014]《水蒸氣噴射真空泵》及〈噴射器> 的資料，網(wǎng)上可以搜到。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.疊加吸氣制氧火箭工作方法。其包括頭部小火箭1、內(nèi)吸氣涵道2(或外吸涵道3)，吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴(kuò)散管(a)6、后部火箭燃燒室7、閥門(mén)8、點(diǎn)火處(a)9、燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11、內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12、燃料加注點(diǎn)cl3、燃料加注點(diǎn)(d)這14、擴(kuò)散管bl5、外吸氣涵道(b) 16、吸氣吼17、點(diǎn)火處(b)18，缺氧吸氣管19、制氧設(shè)備20、非氧排出管21。由1-21組成的火箭，能夠消耗更少的氧氣，并可制氧、加注燃料及點(diǎn)火的火箭。
2.在燃料加注點(diǎn)(a)10、燃料加注點(diǎn)(b) 11加注火箭燃料/在擴(kuò)散管(a) 6中用點(diǎn)火處(a) 9點(diǎn)火。
3.擴(kuò)散管(a)6的尾部設(shè)一個(gè)燃燒室及拉瓦爾噴嘴，火焰氣流可以通過(guò)這個(gè)拉瓦爾噴嘴噴入擴(kuò)散管(b)15。
4.制氧吸氣管19接至外吸氣涵道16上/制氧吸氣管19上設(shè)置閥門(mén)8/制氧吸氣管設(shè)置I根、制氧吸氣管設(shè)置多根。
5.非氧排出管21上設(shè)置閥門(mén)8/非氧氣體經(jīng)非氧排出管21排至火箭噴管喇叭口處排出/制氧設(shè)備設(shè)置在制氧系統(tǒng)的兩個(gè)閥門(mén)8之間。
6.在擴(kuò)散管(a)6高速氣流噴入擴(kuò)散管(b) 15，形成真空來(lái)驅(qū)動(dòng)第2次吸氣方法/在擴(kuò)散管(b)15中設(shè)置的閥門(mén)8。
7.在點(diǎn)火處(b)18設(shè)在擴(kuò)散管(b) 15處。
8.疊加吸氣制氧火箭飛出大氣層進(jìn)入太空，將制氧系統(tǒng)上的所有閥門(mén)8關(guān)閉，使燃燒室能滿足太空火箭飛行需求。
9.關(guān)閉所有的閥門(mén)8，使燃燒室7滿足太空飛行的條件/多個(gè)頭部小火箭、驅(qū)動(dòng)多個(gè)拉瓦爾噴嘴5、火焰噴入I個(gè)擴(kuò)散管(6)、火焰噴入I個(gè)擴(kuò)散管(b) 15、為I個(gè)火箭燃燒室7提供氧及燃料，火焰噴入I個(gè)火箭尾部噴管。
10.多個(gè)頭部小火箭、驅(qū)動(dòng)多個(gè)拉瓦爾噴嘴5、火焰噴入多個(gè)擴(kuò)散管(6)、火焰噴入一個(gè)擴(kuò)散管(b) 15、為一個(gè)火箭燃燒室7提供氧及燃料，火焰噴入一個(gè)火箭尾部噴管。
【專利摘要】疊加吸氣制氧火箭的工作方法，涉及屬于航空及航天技術(shù)領(lǐng)域。用于空天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、空天飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)?；鸺B加吸氣的設(shè)計(jì)與沒(méi)有疊加設(shè)計(jì)火箭區(qū)別是，在飛行中消耗同等數(shù)量的氧氣，前者會(huì)產(chǎn)生大得多的火箭推力，這一目的是航天人努力目標(biāo)。通常工廠里的氧氣制造是將空氣加壓液化后通過(guò)不同的壓力和溫度來(lái)分離氧氣，也可以經(jīng)過(guò)濾法來(lái)分離氧氣，這兩利方法都需要足夠的壓力才能使氧氣分離，火箭飛行只要能達(dá)到足的速度，就可以產(chǎn)生足夠的壓力來(lái)分離氧氣。
【IPC分類】F02K7-12, F02K9-72
【公開(kāi)號(hào)】CN104696102
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510003207
【發(fā)明人】杜善驥
【申請(qǐng)人】杜善驥
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月4日