一种全旋转爆震模态火箭-冲压组合发动机及运行方法技术

本发明专利技术公开了一种全旋转爆震模态火箭

【技术实现步骤摘要】
一种全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机及运行方法


[0001]本专利技术涉及发动机，特别是一种全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机及运行方法。

技术介绍

[0002]旋转爆震冲压发动机是使用爆震燃烧作为燃烧组织方式的新型推进系统，相比较传统基于等压燃烧的动力具有更高的理论循环效率和更紧凑的结构，采用旋转爆震燃烧室替代了传统的冲压发动机燃烧室，利用冲压发动机的进气道从外部环境中获取氧化剂。由于旋转爆震冲压发动机兼具了旋转爆震燃烧和冲压发动机的优势，具有比冲高、结构简单、燃烧室短、推重比大、自增压、热循环效率高等优势，得到了广泛关注。
[0003]旋转爆震火箭发动机相比于传统的火箭发动机具有更高的热循环效率和比冲，同时结构简单、燃烧室短、推重比大。旋转爆震火箭发动机可以通过调节推进剂流量调节推力，灵活改变飞行器的飞行状态。俄罗斯先期研究基金会对世界首台液氧煤油旋转爆震火箭发动机全尺寸样机进行了多次的点火，试验验证了旋转爆震火箭发动机的技术可行性。
[0004]单独的旋转爆震冲压发动机存在无法自启动的问题，高马赫数飞行条件下其角度和高度难以灵活快速机动。为解决上述问题，提出全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机，利用火箭发动机不受高度和速度限制的优点弥补冲压发动机点火、大角度机动困难等不足，将火箭与宽范围（如Ma2.5～6+）冲压发动机结合起来，在跨域加速爬升阶段、或者弹/机攻击阶段两者共同工作，拓宽了飞行器的工作范围，采用氢燃料时速域甚至可拓展到Ma8。未来，全旋转爆震火箭
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冲压组合发动机可用于单级入轨空天飞机、高超声速巡航导弹、多次重复使用和水平起降等空天飞行器。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机及运行方法，该全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机及运行方法具有旋转爆震火箭模态和旋转爆震冲压模态；先以旋转爆震火箭模态工作，实现零速启动助推或水平发射；当飞行速度达到Ma2.5时，切换至旋转爆震冲压模态，利用空气中氧气，实现在Ma2.5
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Ma6+不同速域范围内的变模态工作。同时，燃料腔能对公共壳体进行冷却，还能对燃料进行预热，也有利于以热燃料的形式实现爆震燃烧。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机，包括外壳、中心体、氧化剂储箱和燃料储箱；外壳包括沿尾气排放方向依次同轴布设的弧形扩增段、短圆筒段、长圆筒段和弧形收缩段；其中，长圆筒段的内径大于短圆筒段的内径，长圆筒段的长度大于短圆筒段的长度。
[0007]中心体同轴设置在外壳中心，中心体包括沿尾气排放方向依次同轴布设的进气
锥、喷注面板和火箭发动机。
[0008]进气锥与弧形扩增段之间形成可调进气道，进气锥与短圆筒段之间形成进气隔离段。
[0009]喷注面板安装在进气锥尾端，喷注面板沿周向布设有与氧化剂储箱相连通的若干个氧喷孔。
[0010]火箭发动机的前端安装在喷注面板上，火箭发动机包括从外至内依次同轴设置的公共壳体和火箭发动机中心体。
[0011]火箭发动机中心体包括沿尾气排放方向依次同轴布设的中心圆柱段和中心尾锥。
[0012]公共壳体的外壁面与长圆筒段之间形成冲压旋转爆震燃烧室；公共壳体的尾端短于长圆筒段的尾端，公共壳体尾端与长圆筒段尾端之间形成外喷管。
[0013]公共壳体内壁面与中心圆柱段之间形成旋转爆震火箭燃烧室，旋转爆震火箭燃烧室能与每个氧喷孔相连通。
[0014]公共壳体内壁面与中心尾锥之间形成内喷管。
[0015]公共壳体中心设置有环形且密封的燃料腔，燃料腔与燃料储箱相连通；燃料腔包括从外至内依次同轴且平行设置的外燃料腔和内燃料腔。
[0016]公共壳体的前端内壁面沿周向布设若干个燃料内喷孔，每个燃料内喷孔均分别能与内燃料腔和旋转爆震火箭燃烧室相连通。
[0017]公共壳体的外壁面沿周向布设有若干个燃料外喷孔，每个燃料外喷孔均分别能与外燃料腔和冲压旋转爆震燃烧室相连通。
[0018]氧化剂储箱同轴内置在进气锥中；燃料储箱同轴内置在火箭发动机中心体中。
[0019]燃料储箱中燃料携带量能超过发动机自重的一半以上。
[0020]旋转爆震火箭燃烧室的长度为公用壳体长度的1/3～1/2。
[0021]旋转爆震火箭燃烧室的长度小于冲压旋转爆震燃烧室的长度，旋转爆震火箭燃烧室的径向厚度小于冲压旋转爆震燃烧室的径向厚度。
[0022]公共壳体的尾部外壁面设置有环形的大凸起；在邻近中心尾锥的中心圆柱段外壁面上设置有环形的小凸起。
[0023]燃料腔的轴向长度不小于冲压旋转爆震燃烧室的轴向长度。
[0024]一种全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机的运行方法，包括如下步骤。
[0025]步骤1、零速自启动：火箭
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冲压组合发动机具有旋转爆震火箭模态和旋转爆震冲压模态；火箭
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冲压组合发动机启动旋转爆震火箭模态；此时，燃料储箱向燃料腔内供给燃料，燃料腔通过燃料内喷孔向旋转爆震火箭燃烧室内喷射燃料；同时，氧化剂储箱通过氧喷孔向旋转爆震火箭燃烧室内喷射氧化剂；进入旋转爆震火箭燃烧室中的燃料和氧化剂发生旋转爆震火箭燃烧，产生推力，实现飞行器的零速自启动。
[0026]步骤2、旋转爆震从火箭模态切换至冲压模态：当飞行器的飞行速度达到Ma2+时，火箭
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冲压组合发动机关闭旋转爆震火箭模态，启动旋转爆震冲压模态；此时，燃料储箱向燃料腔内供给燃料，燃料腔通过燃料外喷孔向冲压旋转爆震燃烧室内喷射燃料；同时，空气中的氧气依次通过可调进气道和进气隔离段后，进入冲压旋转爆震燃烧室，并与燃料混合，发生冲压旋转爆震燃烧，实现飞行器在大气层内的巡航飞行。
[0027]步骤3、旋转爆震从冲压模态切换至火箭模态：当飞行器的飞行速度达到Ma6+或需
要进入临近空间以及入轨飞行时，火箭
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冲压组合发动机关闭旋转爆震冲压模态，开启旋转爆震火箭模态。
[0028]步骤4、冷却公共壳体：在步骤1至步骤3中，燃料储箱不断向燃料腔内供给燃料，从而对公共壳体的内壁面和外壁面进行冷却，同时使得燃料得到预热。
[0029]本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术中的旋转爆震火箭燃烧室和冲压旋转爆震燃烧室均采用旋转爆震组织燃烧，发动机具有结构简单、长度短、推重比大、热循环效率高等优点；与传统的涡轮基组合循环或者火箭基组合循环发动机相比，该全新发动机的旋转爆震冲压模态可在宽马赫数（Ma2.5
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6.0+）工作，使用方式灵活，尤其是火箭模态只需加速到较低速域下限，因此发动机经济性好。
[0030]2、本专利技术中环形燃料腔的设计，燃料在喷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机，其特征在于：包括外壳、中心体、氧化剂储箱和燃料储箱；外壳包括沿尾气排放方向依次同轴布设的弧形扩增段、短圆筒段、长圆筒段和弧形收缩段；其中，长圆筒段的内径大于短圆筒段的内径，长圆筒段的长度大于短圆筒段的长度；中心体同轴设置在外壳中心，中心体包括沿尾气排放方向依次同轴布设的进气锥、喷注面板和火箭发动机；进气锥与弧形扩增段之间形成可调进气道，进气锥与短圆筒段之间形成进气隔离段；喷注面板安装在进气锥尾端，喷注面板沿周向布设有与氧化剂储箱相连通的若干个氧喷孔；火箭发动机的前端安装在喷注面板上，火箭发动机包括从外至内依次同轴设置的公共壳体和火箭发动机中心体；火箭发动机中心体包括沿尾气排放方向依次同轴布设的中心圆柱段和中心尾锥；公共壳体的外壁面与长圆筒段之间形成冲压旋转爆震燃烧室；公共壳体的尾端短于长圆筒段的尾端，公共壳体尾端与长圆筒段尾端之间形成外喷管；公共壳体内壁面与中心圆柱段之间形成旋转爆震火箭燃烧室，旋转爆震火箭燃烧室能与每个氧喷孔相连通；公共壳体内壁面与中心尾锥之间形成内喷管；公共壳体中心设置有环形且密封的燃料腔，燃料腔与燃料储箱相连通；燃料腔包括从外至内依次同轴且平行设置的外燃料腔和内燃料腔；公共壳体的前端内壁面沿周向布设若干个燃料内喷孔，每个燃料内喷孔均分别能与内燃料腔和旋转爆震火箭燃烧室相连通；公共壳体的外壁面沿周向布设有若干个燃料外喷孔，每个燃料外喷孔均分别能与外燃料腔和冲压旋转爆震燃烧室相连通。2.根据权利要求1所述的全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机，其特征在于：氧化剂储箱同轴内置在进气锥中；燃料储箱同轴内置在火箭发动机中心体中。3.根据权利要求1所述的全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机，其特征在于：燃料储箱中燃料携带量能超过发动机自重的一半以上。4.根据权利要求1所述的全旋转爆震模态火箭
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冲压组合发动机，其特征在于：旋转爆震火箭燃烧室的长度为公用壳体长度的1/3～1/2。5.根据权利要求1所述的全旋转爆震模态火箭<...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒晨，林伟，晏成龙，李婉芸，李庚，仝毅恒，姜传金，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：