CN110195665A - 一种再装填的储气式固体推进剂动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，属于固体火箭发动机和固体燃气发生器技术领域。本发明采取了如下技术途径。一是采用脉冲增压：使用多级脉冲药柱不断装填燃烧，不需要中止燃烧进程。二是增加储气环节：将装药燃烧过程与喷管排气做功过程分离，两者各自独立。装药燃烧只是为了给燃气贮箱增压，而不需要同时排气；排气作功使其工质和能量来自于燃气贮箱，此时不再需要装药同时燃烧。本发明将传统的燃烧‑释放过程变为燃烧‑储气‑释放过程，能够很好地解决因固体推进剂燃烧进程难以中断而导致的问题。本发明将储气环节和脉冲增压两种技术途径相结合，真正实现了固体推进剂动力装置的主动开关机和多次启动。

Description

一种再装填的储气式固体推进剂动力装置

技术领域

本发明涉及一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，属于固体火箭发动机和固体燃气发生器技术领域。

背景技术

固体推进方式应用广泛，比如固体火箭发动机由于结构简单、成本低、可靠性好、响应快等优点而被选作大多数导弹、火箭的动力装置。然而，使用固体推进剂的动力装置也存在固有缺点，典型表现为其可控性差，不易实现类似液体火箭发动机的推力控制。

为了提高性能、拓展应用范围，科研人员对固体推进剂动力装置的推力可控性进行了相关研究，并已经在推力矢量控制、变推力发动机、姿轨控燃气阀等领域取得了进展。但是在固体动力装置的多次起动方面，也就是主动开关机控制方面发展缓慢。相关研究工作的困难性是由固体动力装置的两个工作特点所导致的：

一是固体推进剂燃烧的持续性。一旦装药被点燃，推进剂的热传递就会自动进行，使其达到着火条件而被点燃，期间化学反应也非常剧烈，燃烧不易中止。

二是产气速率与排气速率的相对性。常规固体火箭发动机的燃烧室既是推进剂储存场所，又是其进行燃烧反应的场所，燃气经由喷管加速排出。燃烧产气过程和排气过程是同步进行的，发动机稳定工作时产气速率等于排气速率。也就是说，一方面，装药燃烧时必须同时排气，否则会使燃烧室压强一直上升发生危险；另一方面，要想在某时刻获得推力，此时装药必须正在燃烧。通过常规途径，将两个过程分离是非常困难的。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，主要应用于固体姿轨控发动机、变推力发动机和变流量燃气发生器等方面。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明采取了如下技术途径。一是采用脉冲增压：使用多级脉冲药柱不断装填燃烧，不需要中止燃烧进程。二是增加储气环节：将装药燃烧过程与喷管排气做功过程分离，两者各自独立。装药燃烧只是为了给燃气贮箱增压，而不需要同时排气；排气作功使其工质和能量来自于燃气贮箱，此时不再需要装药同时燃烧。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，包括：药柱传输装置、装药装填器、燃气储存室、可控喷管和压力测控装置；

所述药柱传输装置包括：装药储存室转动电机、装药储存室、第一装药推杆、第二装药推杆、脉冲装药和余气释放装置。

装药储存室为环形结构；环形中空部分放置装药储存室转动电机，用于控制装药储存室旋转；环形结构上沿轴向开设多个通槽，用于放置脉冲装药；第一装药推杆将通槽中的脉冲装药推出，再经由第二装药推杆推入装药装填器中；余气释放装置通过管路与装药装填器连接，用于在装填脉冲装药之前排出装药装填器内的剩余燃气；

装药装填器由圆柱型转动结构和外壳构成，圆柱面上开有燃烧腔，作为脉冲装药装填和燃烧的场所，外壳紧密包裹转动结构，在燃气储存室、余气释放装置、第二装药推杆方向均有开口；装药装填器作为密封件隔离装药储存室和燃气储存室；

在固体火箭发动机或燃气发生器中的燃烧室前封头处开口，外接装药装填器形成密闭空间，构成燃气储存室，用于储存燃烧产生的高温高压燃气，并根据需要释放燃气做功；

在所述燃气储存室的燃气出口出安装可控喷管，用于调节出气量；

压力测控装置用于测量燃气储存室中的压力并控制装药装填器转动；

工作过程：初始状态时，点火信号从发动机外部接入并引发点火药，点燃主装药。燃气储存在燃气储存室中，通过可控喷管喷出做功产生动力，流量可调。当压力测控装置测量燃气储存室内的压强低于给定阈值m时，说明燃气储存室内燃气余量不足，需要装填脉冲装药。电机带动装药装填器转动到余气释放工位，将装药装填器燃烧腔里的剩余燃气通过余气释放装置排出本动力装置外，以防装填时脉冲装药被提前引燃。余气释放后，装药装填器沿同一方向转动到装填工位，通过装药推杆将一枚脉冲装药从装药储存室推送到装药装填器中。装填完毕后，装药装填器继续转动到燃烧腔正对燃气储存室的位置，由燃气储存室内的高温高压燃气引燃脉冲装药，产生、补充燃气。待脉冲装药燃烧完毕后，装药装填器重新转向余气释放工位，重复以上过程。当压力测控装置测量燃气储存室内的压强高于给定阈值n时，说明燃气储存室内燃气已满，停止转动装药装填器。另外，当装药储存室一个通槽的所有装药都推送完毕后，第一装药推杆复位，电机驱动装药储存室旋转一定角度，让下一个有装药的通槽处于送药位置。

有益效果

1、储气环节和脉冲增压相结合能够很好地解决固体推进剂动力装置主动开关机的问题，真正实现多次启动。此外，由可控喷管改变燃气的出口流量，可以实现对推力大小的精确控制。以上两点使固体动力装置拥有了能量管理功能，可以根据任务需求灵活变更推力方案。

2、利用燃气储存室内的高温高压燃气引燃脉冲装药，相比传统的多脉冲固体火箭发动机，省去了多级点火装置的设计，点火方式简单，***可靠性更高。

3、由于装药储存与燃烧分离，本发明中装药储存室不需要承载燃气压力，强度设计要求低，相比传统固体推进剂动力装置更节省结构材料。

附图说明

图1是本发明的装置结构图；

图2是本发明的外部示意图；

图3是本发明的装药储存室左视图；

图4是本发明的装药储存室剖视图；

图5是本发明的余气释放工位图；

图6是本发明的装药装填工位图；

图7是本发明的装药燃烧工位图。

其中，1—装药储存室转动电机、2—第一装药推杆、3—装药储存室、4—第二装药推杆、5—脉冲装药、6—主装药、7—装药装填器、8—余气释放装置、9—燃气储存室、10—压力测控装置、11—点火器、12—喷管密封件、13—可控喷管。

具体实施方式

以下将结合附图与实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以了解本发明的目的、特征和效果。

如图1所示，一种再装填的储气式固体火箭发动机，包括：装药储存室转动电机1、第一装药推杆2、装药储存室3、第二装药推杆4、脉冲装药5、主装药6、装药装填器7、余气释放装置8、燃气储存室9、压力测控装置10、点火器11、喷管密封件12、阀控喷管13。余气释放装置8通过管路与装药装填器7连接，燃气储存室9前封头处开口与装药装填器7相连形成密闭空间，尾部与可控喷管13相连。主装药6设计为内燃管型药柱，预先紧贴壁面浇铸在燃气储存室9内部，点火器11设置在主装药6表面靠近喷管端，它的点火线通过喷管密封件12向后引出，与外部控制电路接通。

如图2所示，在装药储存室3的a,b处为通槽开口，在管道的c处有开口。装药装填器7由电机驱动，可实现轴向360°转动，第一装药推杆2和第二装药推杆4由电机驱动，可实现直线进给、复位运动。

如图3、图4所示，装药储存室3环形中空部分放置装药储存室转动电机1，用于控制装药储存室旋转，环形结构上开八个通槽呈正八边形分布。脉冲装药5采用长方体药型设计，装药储存室3的每个通槽中整齐排列五枚脉冲装药5。第一装药推杆2可将装药储存室3中的脉冲装药5推送到右侧管道中，再由第二装药推杆4推入装药装填器7中。

初始状态时，点火信号从发动机外部经点火线接入，并激发点火器11，点燃主装药6，喷管密封件12受燃气冲击而破碎并喷出发动机外。燃气储存在燃气储存室9中，通过喷管释放做功产生动力。喷管使用13—阀控喷管，能够通过开关喉部和调节喉部面积等方式控制燃气出口流量，从而实现开关控制和推力控制。当压力测控装置10测量燃气储存室9内的压强低于给定阈值m时，开始装填作业流程。

如图5所示，装药装填器7逆时针转动90°到余气释放工位，将燃烧腔里的剩余燃气通过余气释放装置8排出本动力装置外，以防之后装填时脉冲装药5被提前引燃。如图6所示，余气释放后，装药装填器7逆时针转动180°到装填工位，燃烧腔开口朝向输药管道，第二装药推杆4进行进给运动，将一枚脉冲装药推送进装填器空腔中后复位。如图7所示，装填完毕后，装药装填器7逆时针转动90°，燃烧腔开口朝向燃气储存室9，由燃气储存室9内的高温高压燃气引燃脉冲装药5，产生、补充燃气。同时第一装药推杆2从装药储存室3内推送一枚脉冲装药5送入输药管道，以备下一次装填。待脉冲装药5燃烧完毕后，装药装填器7重新转向余气释放工位，重复以上过程。当压力测控装置10测量燃气储存室9内的压强高于给定阈值n时，说明燃气储存室9内燃气已满，停止转动装药装填器7。

特别说明的是，当装药储存室3一个通槽的五枚脉冲装药5都推送完毕后，第一装药推杆2复位，装药储存室转动电机1驱动装药储存室3顺时针旋转45°，让下一个有装药的通槽处于送药位置。此外，装药装填器7作动密封处理，作为密封件隔离装药储存室3和燃气储存室9，防止燃气泄漏。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，其特征在于：包括：药柱传输装置、装药装填器、燃气储存室、可控喷管和压力测控装置；

所述药柱传输装置包括：装药储存室转动电机、装药储存室、第一装药推杆、第二装药推杆、脉冲装药和余气释放装置；

装药储存室为环形结构；环形中空部分放置装药储存室转动电机，用于控制装药储存室旋转；环形结构上沿轴向开设多个通槽，用于放置脉冲装药；第一装药推杆将通槽中的脉冲装药推出，再经由第二装药推杆推入装药装填器中；余气释放装置通过管路与装药装填器连接，用于在装填脉冲装药之前排出装药装填器内的剩余燃气；

装药装填器由圆柱型转动结构和外壳构成，圆柱面上开有燃烧腔，作为脉冲装药装填和燃烧的场所，外壳紧密包裹转动结构，在燃气储存室、余气释放装置、第二装药推杆方向均有开口；装药装填器作为密封件隔离装药储存室和燃气储存室；

在固体火箭发动机或燃气发生器中的燃烧室前封头处开口，外接装药装填器形成密闭空间，构成燃气储存室，用于储存燃烧产生的高温高压燃气，并根据需要释放燃气做功。

2.如权利要求1所述的一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，其特征在于：在所述燃气储存室的燃气出口出安装可控喷管，用于调节出气量。

3.如权利要求1所述的一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，其特征在于：压力测控装置用于测量燃气储存室中的压力并控制装药装填器转动。

4.如权利要求1所述的一种再装填的储气式固体推进剂动力装置，其特征在于：工作过程：初始状态时，点火信号从发动机外部接入并引发点火药，点燃主装药；燃气储存在燃气储存室中，通过可控喷管喷出做功产生动力，流量可调；当压力测控装置测量燃气储存室内的压强低于给定阈值m时，说明燃气储存室内燃气余量不足，需要装填脉冲装药；电机带动装药装填器转动到余气释放工位，将装药装填器燃烧腔里的剩余燃气通过余气释放装置排出本动力装置外，以防装填时脉冲装药被提前引燃；余气释放后，装药装填器沿同一方向转动到装填工位，通过装药推杆将一枚脉冲装药从装药储存室推送到装药装填器中；装填完毕后，装药装填器继续转动到燃烧腔正对燃气储存室的位置，由燃气储存室内的高温高压燃气引燃脉冲装药，产生、补充燃气；待脉冲装药燃烧完毕后，装药装填器重新转向余气释放工位，重复以上过程；当压力测控装置测量燃气储存室内的压强高于给定阈值n时，说明燃气储存室内燃气已满，停止转动装药装填器；另外，当装药储存室一个通槽的所有装药都推送完毕后，第一装药推杆复位，电机驱动装药储存室旋转一定角度，让下一个有装药的通槽处于送药位置。