CN109915280A - 一种电动变推力火箭发动机及具有其的火箭 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天推进技术领域，具体涉及一种变推力火箭发动机及具有其的火箭。变推力火箭发动机通过电机驱动所述第一电动泵和第二电动泵，分别为所述燃气发生器提供氧化剂和燃料，由于电机转速可调，其可改变进入燃气发生器的氧化剂和燃料的流量，所述燃气发生器产生的燃气驱动增压装置，并改变增压装置的功率；所述增压装置改变注入所述推力室的入燃料和氧化剂的流量，从而调节火箭发动机推力。并且，所述第一电动泵和第二电动泵也作为火箭发动机起动装置，实现发动机的多次起动，简化了变推力火箭发动机的结构。

Description

一种电动变推力火箭发动机及具有其的火箭

技术领域

本发明涉及航天推进技术领域，具体涉及一种变推力火箭发动机及具有其的火箭。

背景技术

现有的火箭发动机通过阀门调节燃气发生器流量，即调节驱动涡轮的燃气流量，改变涡轮输出功率，进而改变发动机流量来调节发动机推力。例如，中国专利CN108953003A公开了一种采用富氧燃气推进实现补燃循环发动机***及推力深度调节方法，其公开了，燃料通过发生器燃料阀控制送入燃气发生器，氧化剂通过氧阀控制进入燃气发生器，充分燃烧后，产生富氧燃气驱动主涡轮工作，从而通过推力室燃料主阀向推力室供应燃料；其通过调节推力室燃料主阀，实现推力调节。

但采用上述通过阀门调节燃气发生器流量的火箭发动机，还同时需要配备单独的发动机起动装置，以在发动机达到稳定工作状态前需要起动涡轮泵，使涡轮泵开始转动。配备有单独的发动机起动装置的火箭发动机，其内部结构较为复杂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种克服现有技术中变推力火箭发动机结构复杂的技术缺陷，从而提供一种电动变推力火箭发动机及具有其的火箭。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种电动变推力火箭发动机，其包括，

推力室；

增压装置，其向所述推力室分别注入燃料和氧化剂；

燃气发生器，其驱动所述增压装置运转；

第一电动泵，由转速可调的电机驱动，向所述燃气发生器提供氧化剂；

第二电动泵，由转速可调的电机驱动，向所述燃气发生器提供燃料。

进一步地，所述增压装置是涡轮泵。

所述推力室和所述燃气发生器上均设有点火器。

上述电动变推力火箭发动机，还包括：

氧化剂入口管道，其设于氧化剂箱与所述涡轮泵之间；

氧化剂出口管道，其设于所述涡轮泵与所述推力室之间；

燃料入口管道，其设于燃料箱与所述涡轮泵之间；

燃料出口管道，其设于所述涡轮泵与所述推力室之间。

所述第一电动泵与所述氧化剂箱连通，所述第二电动泵与所述燃料箱连通。

所述涡轮泵包括同轴设置的主涡轮、氧化剂泵、燃料一级泵和燃料二级泵；

所述主涡轮与所述燃气发生器连通；

所述氧化剂泵分别与所述氧化剂入口管道和氧化剂出口管道连通；

所述燃料一级泵与所述燃料入口管道连通；

所述燃料二级泵分别与燃料一级泵和所述燃料出口管道连通。

进一步地，所述氧化剂出口管道上设有氧化剂主阀；所述燃料出口管道上设有燃料主阀。

进一步地，所述第一电动泵和所述燃气发生器之间连通的管路上设有氧化剂副阀；所述第二电动泵和所述燃气发生器之间连通的管路上设有燃料副阀。

作为优选，所述电机具有两个，分别为驱动所述第一电动泵的第一电机，和驱动所述第二电动泵的第二电机。

作为优选，上述电动变推力火箭发动机还包括发电机，其与为所述电机供电的电源电连接，并为所述电源充电；所述发电机和所述涡轮泵的主轴传动连接。

本发明还提供一种火箭,具有上述的电动变推力火箭发动机。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的电动变推力火箭发动机，其通过电机驱动所述第一电动泵和第二电动泵，分别为所述燃气发生器提供氧化剂和燃料，由于电机转速可调，其可改变进入燃气发生器的氧化剂和燃料的流量，所述燃气发生器产生的燃气驱动所述增压装置，并改变所述增压装置的功率；所述增压装置改变注入所述推力室的入燃料和氧化剂的流量，从而调节火箭发动机推力。并且，所述第一电动泵和第二电动泵也作为火箭发动机起动装置，实现发动机的多次起动，因此，简化了变推力火箭发动机的结构。

2.本发明提供的电动变推力火箭发动机，还包括与涡轮泵的主轴传动连接的发电机，涡轮泵起动工作后，可利用涡轮泵富余功率发电给电源充电，作为所述第一电动泵和第二电动泵能量来源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电动变推力火箭发动机的结构示意图；

附图标记说明：

1-推力室；2-涡轮泵；3-燃料主阀；4-氧化剂主阀；5-燃料副阀；6-氧化剂副阀；11，14-点火器；15-燃气发生器；16-第一电动泵；17-第二电动泵；21-主涡轮；22-燃料一级泵；23-燃料二级泵；24-氧化剂泵；71-氧化剂入口管道；72-氧化剂入口管道；81-燃料入口管道；82-燃料出口管道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种电动变推力火箭发动机，其包括：推力室1；增压装置，其向所述推力室1分别注入燃料和氧化剂；燃气发生器15，其驱动所述增压装置运转；第一电动泵16，由转速可调的电机驱动，向所述燃气发生器15提供氧化剂；第二电动泵17，由转速可调的电机驱动，向所述燃气发生器15提供燃料。

其通过电机驱动所述第一电动泵16和第二电动泵17，分别为所述燃气发生器15提供氧化剂和燃料，由于电机转速可调，其可改变进入燃气发生器15的氧化剂和燃料的流量，所述燃气发生器15产生的燃气驱动所述增压装置，并改变所述增压装置的功率；所述增压装置改变注入所述推力室1的入燃料和氧化剂的流量，从而调节火箭发动机推力。并且，所述第一电动泵和第二电动泵也作为火箭发动机起动装置，可实现发动机的多次起动，因此，简化了变推力火箭发动机的结构。

上述电动变推力火箭发动机，所述增压装置可选择为活塞泵或涡轮泵，所述活塞泵或涡轮泵作为从氧化剂箱和燃料箱向推力室1输送介质的动力装置，其分别在与氧化剂箱和燃料箱以及推力室1之间设置有连通的管路。作为优选，将增压装置选择为涡轮泵2，其具有驱动效率高的优点。

上述电动变推力火箭发动机还包括：氧化剂入口管道71，其设于氧化剂箱与所述涡轮泵2之间，用于向所述涡轮泵2提供氧化剂，氧化剂出口管道72，其设于所述涡轮泵2与所述推力室1之间，以向所述推力室1供应增压后的氧化剂；燃料入口管道81，其设于燃料箱与所述涡轮泵2之间，用于向所述涡轮泵2提供燃料，燃料出口管道82，其设于所述涡轮泵2与所述推力室1之间，以向所述推力室1供应增压后的燃料。

上述第一电动泵16与所述氧化剂箱连通，所述连通方式可以是直接与氧化剂箱连通，也可以是如图1所述通过氧化剂入口管道71与所述氧化剂箱连通，以从所述氧化剂箱引出氧化剂供应于所述燃气发生器15；所述第二电动泵17与所述燃料箱连通，所述连通方式可以是直接与燃料箱连通，也可以是如图1所述通过燃料入口管道81与所述燃料箱连通，以从所述燃料箱引出燃料供应于所述燃气发生器15。

所述涡轮泵2包括同轴设置的主涡轮21、氧化剂泵24、燃料一级泵22和燃料二级泵23；所述主涡轮21与所述燃气发生器15连通，接受所述燃气发生器15产生的燃气对自身进行驱动；所述氧化剂泵24分别与所述氧化剂入口管道71和氧化剂出口管道72连通，向所述推力室1输送氧化剂；所述燃料一级泵22与所述燃料入口管道81连通；所述燃料二级泵23分别与燃料一级泵22和所述燃料出口管道82连通，燃料二级泵对所述燃料进行进一步增压，向所述推力室1输送经增压后的燃料。

进一步地，所述推力室1上还设有点火器，以进行点火，为所述火箭发动机提供驱动力；所述燃气发生器15上设有点火器，以使得所述燃气发生器15产生燃气以驱动上述涡轮泵2。

在所述氧化剂出口管道72上设有氧化剂主阀4，以用于打开或封闭所述氧化剂出口管道72；在所述燃料出口管道82上分别和燃料主阀3，以用于打开或封闭所述燃料出口管道82。

驱动所述第一电动泵16和第二电动泵17的电机可以是同一个，也可以是不同电机。作为优选，所述电机具有两个，分别为驱动所述第一电动泵16的第一电机，和驱动所述第二电动泵17的第二电机，其可分别驱动所述第一电动泵16和第二电动泵，以实现向燃气发生器15供应氧化剂和燃料的独立控制。

在所述第一电动泵16和所述燃气发生器15之间连通的管路上还可以设有氧化剂副阀6，以用于打开或封闭上述连通的管路，为所述燃气发生器15供应氧化剂；所述第二电动泵17和所述燃气发生器15之间连通的管路上设有燃料副阀5，以用于打开或封闭上述连通的管路，为所述燃气发生器15供应燃料。

上述电动变推力火箭发动机中，所述电机由电源供电，该电源是动力装置，其可选择为电池，为了提高发动机的可持续性运转，还可设置：发电机，其与所述电池电连接，并为所述电池充电；所述发电机和所述涡轮泵的主轴传动连接。涡轮泵起动工作后，可利用涡轮泵富余功率发电给电池充电，作为所述第一电动泵和第二电动泵能量来源。

所述发电机和所述涡轮泵2的主轴传动方式，其可以是，发电机的主轴同轴设有从动齿轮，所述从动齿轮通过传动齿轮或传动齿轮组与所述涡轮泵2的主轴同轴设置的驱动齿轮连接。该驱动方式可以使涡轮泵2的主轴对发电机的稳定驱动。但上述传动方式并不限于齿轮或齿轮组传动，其还可以是带传动等本领域内可实施的其他驱动方式。

实施例2

本实施例提供一种火箭，其具有实施例1所述的电动变推力火箭发动机。本实施例提供的火箭，其在进行变推力操作时，通过电机驱动所述第一电动泵和第二电动泵，分别为所述燃气发生器提供氧化剂和燃料，由于电机转速可调，其可改变进入燃气发生器的氧化剂和燃料的流量，所述燃气发生器产生的燃气驱动所述涡轮泵，并改变所述涡轮泵的功率；所述涡轮泵改变注入所述推力室的入燃料和氧化剂的流量，从而调节火箭发动机推力。并且，所述第一电动泵和第二电动泵也作为火箭发动机起动装置，实现发动机的多次起动，因此，简化了火箭的结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种电动变推力火箭发动机，其特征在于，包括：

推力室(1)；

增压装置，其向所述推力室(1)分别注入燃料和氧化剂；

燃气发生器(15)，其驱动所述增压装置运转；

第一电动泵(16)，由转速可调的电机驱动，向所述燃气发生器(15)提供氧化剂；

第二电动泵(17)，由转速可调的电机驱动，向所述燃气发生器(15)提供燃料。

2.根据权利要求1所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，所述增压装置是涡轮泵(2)。

3.根据权利要求2所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，还包括：

氧化剂入口管道(71)，其设于氧化剂箱与所述涡轮泵(2)之间；

氧化剂出口管道(72)，其设于所述涡轮泵(2)与所述推力室(1)之间；

燃料入口管道(81)，其设于燃料箱与所述涡轮泵(2)之间；

燃料出口管道(82)，其设于所述涡轮泵(2)与所述推力室(1)之间。

4.根据权利要求3所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，

所述第一电动泵(16)与所述氧化剂箱连通；所述第二电动泵(17)与所述燃料箱连通。

5.根据权利要求3所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，

所述涡轮泵(2)包括同轴设置的主涡轮(21)、氧化剂泵(24)、燃料一级泵(22)和燃料二级泵(23)；

所述主涡轮(21)与所述燃气发生器(15)连通；

所述氧化剂泵(24)分别与所述氧化剂入口管道(71)和氧化剂出口管道(72)连通；

所述燃料一级泵(22)与所述燃料入口管道(81)连通；

所述燃料二级泵(23)分别与燃料一级泵(22)和所述燃料出口管道(82)连通。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，所述推力室(1)和所述燃气发生器(15)上均设有点火器。

7.根据权利要求3所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，所述氧化剂出口管道(72)上设有氧化剂主阀(4)；所述燃料出口管道(82)上设有燃料主阀(3)。

8.根据权利要求1所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，所述电机具有两个，分别为驱动所述第一电动泵(16)的第一电机，和驱动所述第二电动泵(17)的第二电机。

9.根据权利要求8所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，所述第一电动泵(16)和所述燃气发生器(15)之间连通的管路上设有氧化剂副阀(6)；所述第二电动泵(17)和所述燃气发生器(15)之间连通的管路上设有燃料副阀(5)。

10.根据权利要求1所述的电动变推力火箭发动机，其特征在于，还包括发电机，其与为所述电机供电的电源电连接，并为所述电源充电；所述发电机和所述涡轮泵的主轴传动连接。

11.一种火箭，其特征在于，具有如权利要求1-10中任一项所述的电动变推力火箭发动机。