CN114233518A - 一种新型轨控发动机装置 - Google Patents
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Abstract
空间站生命保障***产生氧气和氢气，为了最大限度的将人体呼吸产生二氧化碳清除掉，采用二氧化碳和氢气反应产生甲烷，再将甲烷排到太空中。在真空条件下，气氢/气氧发动机在混合比为4时，比冲最大，而甲烷/氧气发动机在混合比为3时，比冲最大。为了最大限度的利用空间站生命保障***产生的氧气、氢气和甲烷用于轨控发动机产生推力，对生保***和气氢、甲烷和气氧复合发动机进行总配平，实现总体平衡。新型轨控发动机采用氢气、甲烷和气氧作为推进剂。1、利用生保***产生的氢气、甲烷和氧气作为推进剂。2、对喷注器(19)进行特别设计即可用于氢气也可用于甲烷。3、氢气甲烷氧气是按照一定化学当量进行反应，保证整个大循环平衡。4、发动机采用模块化设计，分为喷注器(19)、圆柱段燃烧室(9)和分段式喷管(15)。
Description
技术领域
本申请公开了一种新型轨控发动机装置。
技术背景
轨控发动机对于空间飞行器在太空中变轨和机动有十分重要的作用。目前的轨控发动机仍然依赖在发射航天器时所携带燃料和氧化剂，而常温液态的推进剂如四氧化二氮和偏二甲肼组合存在比冲偏低，且有剧毒的缺点。若推进剂组合比冲偏低，航天器就需要携带更多的推进剂，但在发射总质量一定的情况下，携带过多的推进剂会挤占航天器珍贵的发射质量。而有剧毒的特性则对载人航天器中的宇航员构成了潜在危险。无毒高比冲的推进剂组合例如氢氧组合，则有储存方面的困难，氢气氧气常温皆为气态，直接携带气态氢氧则体积巨大。而液氢液氧的储存条件十分苛刻，需要极低温度，尤其是氢气沸点低至-253摄氏度，且容易泄露造成危险。
电解水发动机则为航天器的轨控发动机提供了一个新的思路，航天器在发射时可仅携带水，水的性质稳定，极易储存。航天器可利用太空中的能量(主要为太阳能)直接电解水生成气态氧气和氢气，而氢氧组合还具有高比冲的特性。而气体发动机还可以利用航天器生保***的副产品——氢气和甲烷。进一步提高了载人航天器上的资源利用率。
本发明主要围绕气体发动机。
发明内容
本气体发动机包括模块化喷注器(19)、模块化圆柱段燃烧室(9)和模块化喷管(20)，模块化喷注器氢气腔(5)、甲烷腔(6)和氧气腔(4)，各腔之间通过焊接连接。
氧气和燃料(氢气，甲烷)分别由氧化剂喷嘴(7)和燃料喷嘴(8)喷入燃烧室(9)，气体管路由电磁阀(12，13，14)控制，模块化圆柱段燃烧室(9) 包括三段不同长度圆柱燃烧室。
模块化喷管(20)包括一个喷管基本段(15)和三段不同长度扩张段(17)。其中不同长度扩张段(17)用于调整不同燃烧室(9)压力条件下的扩张段长度，满足不同燃烧室(9)压力时，喷管(20)出口的最佳膨胀状态。喷管(20)不同扩张段(17)调整操作由连接在连接机构(16)上的电控液压撑杆(18)完成。
发动机燃烧室(9)和喷管基本段(15)外壁焊接有冷却水道(10)用于冷却，冷却水道(10)，循环泵(21)和水罐(11)组成冷却水循环。
该发动机所用氧化剂来自于空间站生保***氧气，燃料来自于空间站生保***副产品氢气和甲烷。燃料和氧化剂分别储存在氢气罐(2)，甲烷罐(3) 和氧气罐(1)中。
这种新型发动机利用空间站生保***副产品作为推进剂，产生推力，最大限度的提升能源利用，有利于减轻空间站轨控***重量，空间站水资源在最大程度上得以合理的循环利用，因此基于太阳能电解水技术的气氢气氧发动机***的研制有良好的技术基础，重点突破气氢气氧的大推力和高比冲问题。
所述的轨控发动机的推力为1000N，比冲为4000m/s。
附图说明
图1为发动机喷管结构图。
图2为发动机喷注器结构图。
图3为发动机整体结构图。
Claims (5)
1.一种新型轨控发动机装置，其特征在于：包括模块化喷注器(19)、模块化圆柱段燃烧室(9)和模块化喷管(20)。
所述模块化喷注器装置(19)包括氧腔(4)、氢气腔(5)和甲烷腔(6)，各腔之间通过焊接连接。
所述模块化圆柱段燃烧室(9)包括两段相同燃烧室。
所述模块化喷管(20)包括喷管基本段(15)和三段调整段(17)组成，调整段(17)用于调整喷管(20)扩张段长度。
2.根据权利要求1所述的一种新型轨控发动机装置，其特征在于所述喷管扩张段(17)采用分段设计，扩张段(17)长度可以调整。
3.根据权利要求1所述的一种新型轨控发动机装置，其特征在于所述模块化喷注器装置(19)既可以只喷氢气，也可以只喷甲烷，也可以同时喷射。通过电磁阀控制(12，13，14)。氧气，氢气和甲烷分别储存在氧气罐(1)，氢气罐(2)和甲烷罐(3)中。
4.根据权利要求1所述的一种新型轨控发动机装置，其特征在于所用推进剂来自于空间站生保***副产品氢气、甲烷和氧气。
5.根据权利要求4所述的一种新型轨控发动机装置，其特征在于所用推进剂氢气、甲烷和氧气之间混合比按照生保***、气氢/气氧发动机和气氧/甲烷发动机最大比冲混合比综合确定，保证气氢、甲烷和氧气消耗完全。
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