火箭发动机、火箭及火箭发动机的启动方法技术

一种火箭发动机、火箭及火箭发动机的启动方法。火箭发动机具备：燃料流路(31～39)、触媒部(51)、涡轮机(12)、第1泵(11)、燃烧室(21)和喷嘴(22)。燃料流路(31～39)用于烃类的燃料流通。触媒部(51)设于燃料流路(31～39)的途中，用于使燃料气化。涡轮机(12)由被气化的燃料驱动。第1泵(11)利用涡轮机(12)的驱动向燃料流路(31～39)供给燃料。燃烧室(21)使从燃料流路(31～39)供给的被气化的燃料和氧化剂燃烧。喷嘴(22)将燃烧室(21)的燃烧气体送出，并与燃料流路(31～39)的一部分进行热交换来进行冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及火箭发动机，特别涉及将烃作为燃料的液体火箭发动机。
技术介绍
已知将烃作为推进剂的液体火箭发动机。该液体火箭发动机具备用于供给推进剂(氧化剂和烃)的涡轮泵。利用涡轮机的旋转来驱动该涡轮泵。该涡轮机将烃作为燃料，并利用在辅助燃烧器中产生的燃烧气体进行旋转，该辅助燃烧器例如将LOX(液氧Liquid Oxygen)作为氧化剂，并被称作气体发生器(副燃烧器)。例如，在非专利文献1中公开了应用了这样的气体发生器循环的液体火箭发动机。图1是表示记载在该非专利文献1中的液体火箭发动机的结构的概略图。在本图中，左上的图是应用了气体发生器循环的液体火箭发动机。在该火箭发动机中，使用燃料泵和氧化剂泵作为涡轮泵。燃料泵由燃料涡轮机驱动，氧化剂泵由氧化剂涡轮机驱动。而且，燃料涡轮机和氧化剂涡轮机由在气体发生器中燃烧的燃烧气体驱动。在将这样的气体发生器循环应用于液体火箭发动机的情况下，存在以下问题点。第1问题点是需要一个额外的燃烧器。由于需要一个额外的燃烧器，所以可靠性有可能降低，成本也变高。第2问题点是驱动涡轮机的燃烧气体直接被排放掉。涡轮机驱动后的燃烧气体的能量未被有效利用而变成损失，因此能量损失大。第3问题点是对气体发生器要求极高的可靠性。尽管气体发生器由于伴随着燃烧而动作环境恶劣，但其故障对于火箭发动机来说是致命的。这是因为，在气体发生器发生故障的情况下，液体火箭发动机立刻失去涡轮机驱动力，从而燃料和氧化剂的供给变得困难。这样，火箭发动机的系统并不稳健(robust)。图1的右上的图是应用了分级燃烧循环的火箭发动机。在该火箭发动机中，在主燃烧器前设置预燃烧器，利用该预燃烧器的预燃烧气体，驱动燃料涡轮机和氧化剂涡轮机，并将该预燃烧气体供给到主燃烧器。在该情况下，由于将涡轮机驱动后的燃烧气体用于进一步燃烧，所以不会发生上述第2问题点。但是，使用所谓的预燃烧器的辅助燃烧器的情况并未改变，从而具有上述第1和第3问题点的情况也未改变。另外，图1的下方的图是应用了利用对液态氢进行气化而膨胀的膨胀循环的火箭发动机。该火箭发动机难以应用到使用烃作为燃料的火箭发动机中。现有技术文献非专利文献非专利文献1：George P.Sutton,Oscar Biblarz,“Rocket Propulsion Elements”,Seventh Edition,John Wiley&Sons,Inc.p223(Figure6－9),(2001).
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供可靠性更高且能量损失少的、将烃作为燃料的火箭发动机。并且，本专利技术的其他目的在于提供将烃作为燃料且稳健的火箭发动机。并且，本专利技术进一步的其他目的在于提供促进了燃料和氧化剂的混合、没有气体的排放、且燃烧效率提高的、将烃作为燃料的火箭发动机。该专利技术的这些目的和除此之外的目的和优点可以通过以下的说明和附图而容易地确认。本专利技术的火箭发动机具备：燃料流路、触媒部、涡轮机、第1泵、燃烧室和喷嘴。燃料流路用于烃类的燃料流通。触媒部设于燃料流路的途中，用于使燃料气化。涡轮机设于燃料流路的途中，由被气化的燃料驱动。第1泵利用涡轮机的驱动向燃料流路供给燃料。燃烧室使从燃料流路供给的被气化的燃料和氧化剂燃烧。喷嘴将燃烧室的燃烧气体送出，并与燃料流路的一部分进行热交换来进行冷却。在上述火箭发动机中，燃料流路也可以具备第1路径和第2路径。第1路径将燃料在喷嘴进行热交换并在触媒层进行气化后导向燃烧室。第2路径将燃料直接导向燃烧室。燃烧室也可以使经由第1路径供给的气化的燃料和经由第2路径供给的燃料的混合燃料燃烧。在上述火箭发动机中，触媒部也可以设在燃料流路的途中的与喷嘴进行热交换的部位处的燃料流路的内部。在上述火箭发动机中，触媒部利用触媒将燃料热化学分解来进行气化。也可以利用热化学分解的吸热反应对喷嘴进行冷却。在上述火箭发动机中，触媒部也可以以覆盖燃料流路的内壁的方式形成为层状。在上述火箭发动机中，触媒部也可以设在燃料流路的途中的比与喷嘴进行热交换的部位更靠后段的位置。在上述火箭发动机中，触媒部也可以由收纳在容器内的多颗触媒粒形成。在上述火箭发动机中，还可以具备氧化剂流路和第2泵。氧化剂流路用于氧化剂流通至燃烧室。第2泵利用涡轮机的驱动向氧化剂流路供给氧化剂。涡轮机、第1泵和第2泵被连接在同一旋转轴上。本专利技术的火箭具备火箭发动机、燃料箱和氧化剂箱。火箭发动机被记载在上述各段落中的一个段落。燃料箱与火箭发动机的燃料流路连接。氧化剂箱与火箭发动机的氧化剂流路连接。本专利技术的火箭发动机的启动方法具备利用压力向燃烧室供给烃类的燃料和氧化剂、并使其燃烧的步骤。还具备如下步骤，当燃烧室通过燃烧而被加热时，利用压力，使燃料在通过热交换对喷嘴进行冷却的同时，向触媒部供给，而使燃料气化。还具备利用被气化的燃料驱动涡轮机的步骤。还具备如下步骤，利用涡轮机驱动第1泵，并使燃料的一部分在通过热交换对喷嘴进行冷却的同时在触媒部进行气化。还具备利用涡轮机驱动第1泵，并向燃烧室供给剩余的燃料的步骤。还具备利用涡轮机驱动第2泵，并向燃烧室供给氧化剂的步骤。还具备使被气化的燃料、被供给的燃料、和被供给的氧化剂在燃烧室燃烧的步骤。根据本专利技术，在将烃作为燃料的火箭发动机中，能够使可靠性更高，并能够减少能量损失。并且，在将烃作为燃料的火箭发动机中，能够提高稳健性。并且，在将烃作为燃料的火箭发动机中，促进了燃料和氧化剂的混合，没有气体的排放，能够使燃烧效率提高。附图说明图1是表示记载在非专利文献1中的液体火箭发动机的结构的概略图。图2是表示第1实施方式的火箭发动机及应用它的火箭的结构的概略图。图3是表示第1实施方式的火箭发动机的触媒部的一例的概略图。图4是表示第1实施方式的火箭发动机的启动动作的流程图。图5是表示第2实施方式的火箭发动机及应用它的火箭的结构的概略图。具体实施方式以下，关于本专利技术的实施方式的火箭发动机及应用它的火箭，参照附图进行说明。[第1实施方式]对第1实施方式的火箭发动机及应用它的火箭的结构进行说明。图2是表示本实施方式的火箭发动机及应用它的火箭的结构的概略图。火箭1通过使烃燃料和氧化剂燃烧，并向后方喷出燃烧气体来进行飞行。火箭1具备火箭主体2和火箭发动机3。火箭主体2具备燃料箱4、氧化剂箱5和控制部6。燃料箱4储存液态的烃燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火箭发动机，其具备：燃料流路，其用于烃类的燃料流通；触媒部，其设于所述燃料流路的途中，用于使燃料气化；涡轮机，其设于所述燃料流路的途中，由所述被气化的燃料驱动；第1泵，其利用所述涡轮机的驱动向所述燃料流路供给所述燃料；燃烧室，其使从所述燃料流路供给的所述被气化的燃料和氧化剂燃烧；喷嘴，其将所述燃烧室的燃烧气体送出，并与燃料流路的一部分进行热交换来进行冷却。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.19 JP 2013-0304101.一种火箭发动机，其具备：
燃料流路，其用于烃类的燃料流通；
触媒部，其设于所述燃料流路的途中，用于使燃料气化；
涡轮机，其设于所述燃料流路的途中，由所述被气化的燃料驱动；
第1泵，其利用所述涡轮机的驱动向所述燃料流路供给所述燃料；
燃烧室，其使从所述燃料流路供给的所述被气化的燃料和氧化剂燃烧；
喷嘴，其将所述燃烧室的燃烧气体送出，并与燃料流路的一部分进行热
交换来进行冷却。
2.根据权利要求1所述的火箭发动机，其中，
所述燃料流路具备：
第1路径，其将所述燃料在所述喷嘴处进行所述热交换和在所述触媒部
进行所述气化后导向所述燃烧室；
第2路径，其将所述燃料直接导向所述燃烧室，
所述燃烧室使经由所述第1路径供给的所述被气化的燃料和经由所述第
2路径供给的所述燃料的混合燃料燃烧。
3.根据权利要求1或2所述的火箭发动机，其中，
所述触媒部设在所述燃料流路的途中的与所述喷嘴进行热交换的部位
处的所述燃料流路的内部。
4.根据权利要求3所述的火箭发动机，其中，
所述触媒部利用触媒将所述燃料热化学分解来进行所述气化，
也利用所述热化学分解的吸热反应对所述喷嘴进行冷却。
5.根据权利要求3或4所述的火箭发动机，其中，
所述触媒部以覆盖所述燃料流路的内壁的方式形成为层状。
6.根据权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：川又善博，尾场瀬公人，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP