一种预混式电动火箭发动机及推进方法

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种预混式电动火箭发动机及推进方法。

背景技术

挤压式火箭发动机系统结构简单，但受贮箱压力限制，发动机性能较低。泵压开式循环发动机，通过燃气发生器驱动涡轮带动泵进行推进剂增压，发动机结构变得复杂，且涡轮作功燃气造成了发动机性能降低。补燃循环发动机，将涡轮作功燃气引入了推力室进行二次燃烧，发动机性能虽高，但发动机系统复杂，技术难度大，研制周期和成本均不理想。膨胀循环发动机，使用推力室换热气体对涡轮作功带动泵增压，换热气体作功能力有限，发动机推力提升空间较小。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种预混式电动火箭发动机及推进方法，火箭发动机结构简单，可靠性高，成本低，研制周期短，重复使用性好。

为达到上述目的，本发明提供了一种预混式电动火箭发动机，包括电机泵、推进剂控制阀以及推力室；

所述电机泵用于泵送预混推进剂进入推力室，电机泵的转速与推力室内预混推进剂的供应量成正比；

所述推进剂控制阀连接至所述电机泵的出口，控制预混推进剂进入所述推力室；

所述推力室用于燃烧预混推进剂，产生火箭运行的推力。

进一步地，火箭运行的推力与电机泵转速的关系为：F＝A×n×I，F为发动机的推力，n为电机泵的转速，I为发动机的比冲。

进一步地，还包括排放控制阀，连接至所述推进剂控制阀，用于发动机工作前排放充填电机泵的泵腔。

进一步地，还包括过滤器和入口截止阀；预混推进剂经过滤器过滤后，由入口截止阀的控制进入所述电机泵。

进一步地，推力室内设置点火装置。

进一步地，所述预混推进剂为氧化剂和燃料按照燃烧比例预混获得。

进一步地，所述氧化剂为四氧化二氮，所述燃料为肼类；或者所述氧化剂为液氧，所述燃料为液氢；或者所述氧化剂为液氧，所述燃料为液态碳氢燃料；或者所述氧化剂为液态氧化亚氮，所述燃料为液态碳氢燃料。

本发明另一方面提供一种所述的预混式电动火箭发动机的推进方法，包括：

打开推进剂排放阀和入口截止阀，预混推进剂在贮箱压力的作用下，经过滤器充填电机泵和推进剂控制阀，充填完毕后，关闭推进剂排放阀；

电机泵通电，开始旋转增压，打开推进剂控制阀，预混推进剂开始充填推力室；

推力室内点火，发动机进入额定工作状态，通过调节电机泵的转速调整推力大小；

打开推进剂排放阀，电机泵断电，关闭推进剂控制阀，火箭发动机关机。

进一步地，充填电机泵和推进剂控制阀，观察排放阀出口流出的液体没有气泡时充填完毕。

进一步地，经过滤器充填电机泵和推进剂控制阀，时间t后关闭推进剂排放阀；时间t为电机泵泵腔体积除以排放流量加上时间余量。

进一步地，通过调节电机泵的转速调整推力大小F＝A×n×I，F为发动机的推力，n为电机泵的转速，I为发动机的比冲。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明与传统的泵压式发动机相比，将推进剂氧化剂与燃料提前预先混合，使用单泵增压，取消了燃气发生器、主涡轮，取消了一套增压泵。将增压泵与电机进行集成设计，取消了动密封。通过调节电机转速进行变推力，取消了流量调节器、节流圈等推力调节装置。通过直接控制电机起旋，进行发动机起动，取消了发动机起动装置。

(2)与传统的泵压式发动机相比，本发明的火箭发动机简单，可靠性高，成本低，研制周期短，重复使用性好。

附图说明

图1是预混式电动火箭发动机系统原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，本发明的预混式电动火箭发动机，包括推力室1、电机泵2、推进剂控制阀3、排放控制阀4、入口截止阀5、过滤器6和点火装置7。

所述推力室1与推进剂控制阀3连接，用于控制预混推进剂进入推力室1。燃烧产生的气体经过推力室的喷管膨胀产生推力后，排放到外界大气中。

所述点火装置7与推力室1连接，用于对预混推进剂点火。

所述推进剂控制阀3与电机泵2出口连接。预混推进剂经电机泵2出口进入推进剂控制阀3。所述电机泵2与入口截止阀5连接，入口截止阀5用于控制预混推进剂进入电机泵2。通过调节电机泵2的转速，可以改变预混推进剂进入推力室1的流量进而改变推力大小。通过调节电机转速进行变推力，取消了流量调节器、节流圈等推力调节装置。通过直接控制电机起旋，进行发动机起动，取消了发动机起动装置。

所述入口截止阀5上部设置所述过滤器6，推进剂经过滤器6过滤后进入推进剂入口截止阀5。入口截止阀5用于控制预混推进剂进入电机泵2。

所述推进剂排放阀4与推进剂控制阀3排放口连接，进行排气。当推进剂排放阀4开启，推进剂经所述电机泵2排放进入推进剂控制阀3，经推进剂控制阀3进入推力室1。在发动机正常工作，即推进剂进入发动机后，排放阀4排尽管路之间的推进剂后就关闭了。推进剂排放阀4用于将推进剂控制阀3与推进剂排放阀4之间管路内的推进剂排放到外界，防止发动机工作时管路中憋压。

本发明所述的一种预混式电动火箭发动机，其工作步骤如下：

步骤1:打开推进剂排放阀4和入口截止阀5，预混推进剂在贮箱压力的作用下，经过过滤器6进入发动机。首先充填电机泵2、推进剂控制阀3，一段时间t后关闭推进剂排放阀4，充填完成。观察排放阀出口流出的液体没有气泡时充填完毕。或者，依据泵腔充填需要时间的计算值，再加上余量进行控制，即t＝泵腔体积÷排放流量+时间余量。

步骤2:电机泵2通电，开始旋转增压，打开推进剂控制阀3，推进剂开始充填推力室1。

步骤3:点火装置7点火，发动机进入额定工作状态。通过调节电机泵2的转速调整推力大小。F＝A×n×I，F为发动机的推力，n为电机泵的转速，I为发动机的比冲。

步骤4:打开推进剂排放阀4，电机泵2断电，关闭推进剂控制阀3，发动机工作结束。关机时，打开推进剂排放阀4，以减小水击，然后在高空中将剩余推进剂全部排放。

综上所述，本发明涉及一种预混式电动火箭发动机及推进方法，电机泵用于泵送预混推进剂进入推力室，电机泵的转速与推力室内预混推进剂的供应量成正比；推进剂控制阀连接至所述电机泵的出口，控制预混推进剂进入推力室；推力室用于燃烧预混推进剂，产生火箭运行的推力。本发明与传统的泵压式发动机相比，将推进剂氧化剂与燃料提前预先混合，使用单泵增压，取消了燃气发生器、主涡轮，取消了一套增压泵。将增压泵与电机进行集成设计，取消了动密封。通过调节电机转速进行变推力，取消了流量调节器、节流圈等推力调节装置。通过直接控制电机起旋，进行发动机起动，取消了发动机起动装置。本发明的火箭发动机简单，可靠性高，成本低，研制周期短，重复使用性好。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。