【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空航天发动机，更具体地，涉及一种地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机。
技术介绍
1、半个世纪以来，随着人类在外太空航天探索活动的增多，人们渴求探索深空，而火星也是其中之一。许多国家都向火星发射了飞行器来勘测其表面环境。火星大气层非常稀薄，包括96％的二氧化碳、1.93％的氩和1.89％的氮，附带些微量的氧和水。对于传统运载火箭，到达火星表面且完成火星表面探测需要大量的燃料，而mg/co2等粉末爆震发动机能够很好地解决这一问题。
2、由地球起飞的飞行器携带镁粉等粉末金属燃料飞向火星，飞行过程中氧化剂储箱中o2不断消耗直至用尽，飞行器着陆火星后利用火星昼夜温差收集火星大气中的co2，并以液体的形式储存在空出的氧化剂储箱中，实现推进剂材料原位资源利用和储箱再利用，并采用mg/co2等推进系统作为火星表面探测及返回轨道动力，完成火星探测任务。不仅如此，粉末金属推进剂储存形态为固体颗粒，环境温度适应能力强，不存在低温玻璃化、低温凝结等问题，粉末金属输送与点火无须预热，这使推进系统在近地空间，外太空等高寒环境中可实现长期储存和及时响应，且粉末金属一般能量密度高于传统的石化燃料，可以产生更强大的推力，故采用这种燃料的发动机是十分具有前景的。
3、旋转爆震发动机是指一种基于爆震燃烧方式的新概念发动机，具有一次起爆、燃烧速度快、热效率高、结构紧凑等优点，有望带来航空航天推进技术的跨越式发展。它利用连续旋转的爆震波产生的高温、高压燃气来产生推力，近年来受到世界各国的高度关注，目前已成为领域内国
4、未来空天发动机有结构紧凑、热效率高以及可重复使用等需求，粉末金属材料爆震发动机是一个很好的选择。粉末金属燃料的爆震问题很早就开始研究，早期主要涉及炸药爆炸、云爆弹以及安全防爆等领域。爆震发动机目前所用的燃料多为气体(如氢气、甲烷等)和液体(如汽油、煤油等)，但这些燃料的体积热值普遍较低，液体燃料等凝相含能物质爆震技术、计算机仿真技术、实验测量技术的发展，使爆震发动机技术取得长足进展。粉末金属燃料凭借其质量热值高、贮存使用安全性高、不需考虑雾化等优点，粉末金属燃料爆震发动机已经引起人们的重视，该发动机产生的推力大，能够满足自由穿梭跨越大气层、在大气层内和空间长时间工作、可重复使用、低成本等空天飞行器对动力装置的使用要求，代表了新型空天动力技术的发展方向，是未来空天领域的战略竞争高地。
5、如何将各种发动机、燃料以及燃烧模式的优势结合起来，设计出一种能够满足结构紧凑、重复使用、具备高效性能的组合发动机成为了问题的关键所在。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其目的在于通过将环腔型冲压式旋转爆震燃烧室布置在火箭式旋转爆震燃烧室外部，从而使组合循环发动机的推力由火箭式旋转爆震发动机和冲压式旋转爆震发动机二者共同产生并采用旋转爆震的燃烧方式提供推力，由此解决现有技术中发动机燃烧方式性能低的技术问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，包括发动机壳体，所述发动机壳体内设有冲压发动机中心锥体、冲压式旋转爆震燃烧室、火箭式旋转爆震燃烧室、发动机尾锥、氧化剂储箱和燃料储箱；
3、所述冲压发动机中心锥体的外壁面与所述发动机壳体的内壁面形成可调进气道；所述火箭式旋转爆震燃烧室外部环形设置所述冲压式旋转爆震燃烧室，所述冲压式旋转爆震燃烧室与所述可调进气道连通；
4、所述燃料储箱设置于所述发动机中间部位，用于分别向所述冲压式旋转爆震燃烧室和火箭式旋转爆震燃烧室提供金属粉末燃料；
5、所述氧化剂储箱设置于所述发动机中部外围，用于向所述火箭式旋转爆震燃烧室提供氧化剂；
6、所述发动机尾锥设置于所述火箭式旋转爆震燃烧室的一端，所述发动机尾锥外部环绕设置可调尾喷管叶片，所述可调尾喷管叶片的内壁面与所述发动机尾椎的外壁面形成火箭式旋转爆震燃烧室喷口，所述可调尾喷管叶片的外壁面与所述发动机壳体的内壁面形成冲压式旋转爆震燃烧室喷口。
7、优选地，所述进气道为轴对称结构。
8、优选地，通过调节所述冲压发动机中心锥体与所述壳体之间的相对位置从而调节空气流量。
9、优选地，所述火箭式旋转爆震燃烧室喷口和所述冲压式旋转爆震燃烧室喷口同时受可调尾喷管叶片调节，所述可调尾喷管叶片为伞状结构，利用电磁驱动使可调尾喷管叶片进行扩张和收拢，从而调节所述火箭式旋转爆震燃烧室喷口和冲压式旋转爆震燃烧室喷口流道。
10、优选地，所述燃料储箱内储存镁粉等粉末金属燃料，镁粉等粉末金属燃料分别通过冲压式旋转爆震燃烧室的燃料喷嘴和火箭式旋转爆震燃烧室的燃料喷嘴向冲压式旋转爆震燃烧室和火箭式旋转爆震燃烧室提供。
11、优选地，所述冲压式旋转爆震燃烧室的燃料喷嘴在所述冲压式旋转爆震燃烧室壁面均匀分布，所述火箭式旋转爆震燃烧室的燃料喷嘴在所述火箭式旋转爆震燃烧室壁面均匀分布。
12、优选地，所述氧化剂储箱在地火往返的两个阶段分别储存不同的氧化剂，由地球出发时携带氧气，抵达火星后收集火星大气中的二氧化碳。
13、优选地，还包括固定支板，所述固定支板用于连接所述发动机壳体与发动机的内部结构。
14、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
15、1、本专利技术提出的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，该发动机包括火箭式旋转爆震发动机和冲压式旋转爆震发动机，环腔型冲压式旋转爆震燃烧室布置在火箭式旋转爆震燃烧室外部，组合循环发动机的推力由火箭式旋转爆震发动机和冲压式旋转爆震发动机二者共同产生并采用旋转爆震的燃烧方式提供推力，在燃烧能量转化与热力学循环性能方面，相较于传统等压燃烧推进方式，爆震燃烧具有能量释放速率快、自增压等优点，有望简化燃烧室结构，提高热循环效率，降低发动机油耗，有望对现有燃烧推进方式产生革命性影响，理论上可以适应马赫数0-12+范围的吸气式工作模式，为新型空天组合循环动力方案研究与发展提供一种新的可能途径。
16、2、本专利技术提出的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，巧妙地利用控制系统调节与两种旋转爆震发动机在全速域的匹配协调工作机制，满足不同工作阶段、工作模态下火箭-冲压-爆震组合循环工作的灵活性、高效率需求，既可以提高ma0-2火箭引射模态阶段的平均加速度\有效比冲性能、降低耗油量，也可以提高入轨推力、入轨效率，有效缓解传统rbcc发动机面向地火往返行星际飞行任务时流道一体化集成设计对内嵌火箭结构、工作参数的相互制约问题，可以有效发挥吸气式组合循环优势和大推力火箭发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，包括发动机壳体(2)，其特征在于，所述发动机壳体(2)内设有冲压发动机中心锥体(1)、冲压式旋转爆震燃烧室(4)、火箭式旋转爆震燃烧室(5)、发动机尾锥(6)、氧化剂储箱(8)和燃料储箱(9)；
2.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，所述进气道(7)为轴对称结构。
3.根据权利要求2所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，通过调节所述冲压发动机中心锥体(1)与所述壳体(2)之间的相对位置从而调节空气流量。
4.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，所述火箭式旋转爆震燃烧室喷口(13)和所述冲压式旋转爆震燃烧室喷口(14)同时受可调尾喷管叶片(12)调节，所述可调尾喷管叶片(12)为伞状结构，利用电磁驱动使可调尾喷管叶片(12)进行扩张和收拢，从而调节所述火箭式旋转爆震燃烧室喷口(13)和冲压式旋转爆震燃烧室喷口(14)流道。
5.根据权利要求1所述的
6.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，所述冲压式旋转爆震燃烧室的燃料喷嘴(10)于所述冲压式旋转爆震燃烧室(4)壁面周向均匀分布，所述火箭式旋转爆震燃烧室的燃料喷嘴(11)于所述火箭式旋转爆震燃烧室(5)头部周向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，所述氧化剂储箱(8)在地火往返的两个阶段分别储存不同的氧化剂，由地球出发时携带氧气，抵达火星后收集火星大气中的二氧化碳。
8.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，还包括固定支板(3)，所述固定支板(3)用于连接所述发动机壳体(2)与发动机的内部结构。
...【技术特征摘要】
1.一种地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，包括发动机壳体(2)，其特征在于，所述发动机壳体(2)内设有冲压发动机中心锥体(1)、冲压式旋转爆震燃烧室(4)、火箭式旋转爆震燃烧室(5)、发动机尾锥(6)、氧化剂储箱(8)和燃料储箱(9)；
2.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，所述进气道(7)为轴对称结构。
3.根据权利要求2所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，通过调节所述冲压发动机中心锥体(1)与所述壳体(2)之间的相对位置从而调节空气流量。
4.根据权利要求1所述的地火往返粉末金属燃料旋转爆震火箭冲压组合循环发动机，其特征在于，所述火箭式旋转爆震燃烧室喷口(13)和所述冲压式旋转爆震燃烧室喷口(14)同时受可调尾喷管叶片(12)调节，所述可调尾喷管叶片(12)为伞状结构，利用电磁驱动使可调尾喷管叶片(12)进行扩张和收拢，从而调节所述火箭式旋转爆震燃烧室喷口(13)和冲压式旋转爆震燃烧室喷口(14)流道。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文娟，熊书浩，罗飞腾，龙垚松，张四令，赵润涵，丁家亮，彭心琪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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