一种火箭发动机多次点火起动装置及具有其的火箭发动机

摘要

本发明涉及航天推进技术领域，具体涉及一种火箭发动机多次点火起动装置及具有其的火箭发动机。一种火箭发动机多次点火起动装置，包括：推力室，具有第一进口和第一出口;发生器，具有第二进口和第二出口;涡轮泵组件，与所述发生器的第二出口连通，具有燃料进口、氧化剂进口、燃料出口和氧化剂出口，所述燃料出口和所述氧化剂出口均同时与所述第一进口和第二进口连通；燃料罐和氧化剂罐，出口均同时与所述第一进口和第二进口连通，所述燃料罐还通过第一管路与所述推力室的第一出口连通，以将所述推力室中气化后的燃料充入所述燃料罐中。本发明提供了一种重量较轻，结构简单，可靠性较高的火箭发动机多次点火起动装置及具有其的火箭发动机。

说明书

技术领域

本发明涉及航天推进技术领域，具体涉及一种火箭发动机多次点火起动装置及具有其的火箭发动机。

背景技术

泵压式火箭发动机在达到稳定工作状态前需要起动涡轮泵，使涡轮泵转动，一般工作次数少（1-2次）的火箭采用火药产生燃气或者高压气体吹动涡轮，使涡轮泵开始转动并达到一定转速，其后涡轮泵可以为自身供应能源实现稳定工作。这种方式每次起动需要耗费一个起动火药或者消耗一个气瓶内的高压气体，由于安装的数量限制，起动次数受到限制。另外对于非自燃推进剂而言，发动机的推力室和燃气发生器等燃烧装置需要点火装置点燃两种推进剂才能工作，一般采用火药点火器或者火炬点火器，但是与上述起动类似，每次点火需要消耗一个火药点火器，火炬点火器的点火次数也受到点火燃料容器容量的限制。上述泵压式火箭发动机均无法实现多次重复起动，这对于以前一次使用运载火箭而言不是问题，但是对于未来重复使用运载火箭而言，使用火药起动必须设置多个火药起动器，结构复杂；使用气瓶起动方式，由于气瓶压力下降或者每次充气工况不一致，造成起动状态有差别，可能造成起动问题。

为此，现有技术中采用两个泵体分别与涡轮泵的氧化剂出口和燃料出口连通，以将涡轮泵输出的氧化剂和燃料均输送至燃气发生器中，以实现火箭发动机的多次重复起动。但是上述装置由于两个泵体的设置，不仅增加了整个装置的重量，还使得整个装置的结构复杂，可靠性较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的火箭发动机多次点火起动装置重量较大，结构复杂，可靠性较低的缺陷，从而提供一种重量较轻，结构简单，可靠性较高的火箭发动机多次点火起动装置及具有其的火箭发动机。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种火箭发动机多次点火起动装置，包括：

推力室，具有第一进口和第一出口;

发生器，具有第二进口和第二出口;

涡轮泵组件，与所述发生器的第二出口连通，具有燃料进口、氧化剂进口、燃料出口和氧化剂出口，所述燃料出口和所述氧化剂出口均同时与所述第一进口和第二进口连通；

燃料罐和氧化剂罐，出口均同时与所述第一进口和第二进口连通，所述燃料罐还通过第一管路与所述推力室的第一出口连通，以将所述推力室中气化后的燃料充入所述燃料罐中。

可选地，所述第一管路上设有第一阀门。

可选地，所述涡轮泵组件包括同轴设置的涡轮、燃料泵和氧化剂泵，所述氧化剂泵分别与所述氧化剂进口和氧化剂出口相连，且所述氧化剂出口通过第二管路与所述氧化剂罐的进口连通，所述第二管路上设有换热器，以将所述氧化剂泵输出的氧化剂加热气化后充入所述氧化剂罐中。

可选地，所述第二管路上设有第二阀门。

可选地，所述氧化剂出口还通过第三管路和第四管路分别与所述推力室的第一进口以及所述发生器的第二进口连通，所述第三管路和第四管路上分别设有第三阀门和第四阀门。

可选地，所述燃料泵分别与所述燃料进口和燃料出口相连，且所述燃料出口分别通过第五管路和第六管路与所述推力室的第一进口以及所述发生器的第二进口连通，所述第五管路和第六管路上分别设有第五阀门和第六阀门。

可选地，所述燃料进口和氧化剂进口分别与液态燃料贮箱和液态氧化剂贮箱连通。

可选地，所述燃料罐和氧化剂罐的出口分别设有第七阀门和第八阀门。

可选地，所述推力室的第一进口和所述发生器的第二进口处分别设有第一点火器和第二点火器。

还提供了一种火箭发动机，包括本发明所述的火箭发动机多次点火起动装置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的火箭发动机多次点火起动装置，发动机首次起动时通过燃料罐和氧化剂罐分别为推力室和发生器供气，并在发生器中的气体点燃后驱动涡轮泵组件转动，以为推力室和发生器提供加压后的液态燃料和液态氧化剂，从而实现发动机的首次点火起动；当发动机正常工作后，推力室则将进入的液态燃料加热气化后通过第一管路充入燃料罐中，以保证发动机可以重复多次点火起动，整个装置结构简单，重量较轻，可靠性较高。

2.本发明提供的火箭发动机多次点火起动装置，氧化剂出口通过第二管路和换热器与氧化剂罐的进口连通，从而将氧化剂泵输出的氧化剂加热气化后充入氧化剂罐中，以保证氧化剂的连续供应，实现发动机的重复多次点火起动。

3.本发明提供的火箭发动机多次点火起动装置，多个阀门的设置，可以根据需求控制各个管路的开闭，满足使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的火箭发动机多次点火起动装置的示意图。

附图标记说明：

1、推力室；2、发生器；3、燃料罐；4、氧化剂罐；5、第一进口；6、第一出口；7、第一点火器；8、开口；9、第二进口；10、第二出口；11、第二点火器；12、第一管路；13、第一阀门；14、燃料进口；15、氧化剂进口；16、燃料出口；17、氧化剂出口；18、涡轮；19、燃料泵；20、氧化剂泵；21、第二管路；22、换热器；23、第二阀门；24、第三管路；25、第四管路；26、第三阀门；27、第四阀门；28、第五管路；29、第六管路；30、第五阀门；31、第六阀门；32、第七阀门；33、第八阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示的火箭发动机多次点火起动装置的一种具体实施方式，以燃料为甲烷，氧化剂为氧气为例，包括推力室1、发生器2、涡轮泵组件、燃料罐3和氧化剂罐4。

推力室1的顶部设有第一进口5和第一出口6，第一进口5处设有第一点火器7，侧壁设有与第一进口5连通的开口8。

发生器2的顶部设有第二进口9，底部设有第二出口10，第二进口9处设有第二点火器11。

燃料罐3和氧化剂罐4的容量满足发动机一次起动的需求，在火箭飞行前地面充装。燃料罐3和氧化剂罐4的出口均同时与所述第一进口5和第二进口9连通，通过燃料罐3和氧化剂罐4的进口分别向其内部充入气态甲烷和氧气。所述燃料罐3还通过第一管路12与所述推力室1的第一出口6连通，所述第一管路12上设有第一阀门13，以将所述推力室1中气化后的燃料充入所述燃料罐3中，实现连续供气。

涡轮泵组件与所述发生器2的第二出口10连通，具有燃料进口14、氧化剂进口15、燃料出口16和氧化剂出口17。所述涡轮泵组件包括自下而上，且同轴设置的涡轮18、燃料泵19和氧化剂泵20，所述氧化剂泵20分别与所述氧化剂进口15和氧化剂出口17相连，氧化剂进口15与液态氧化剂贮箱连通，以向氧化剂泵20中充入液态氧，并经氧化剂泵20加压后输出；且所述氧化剂出口17通过第二管路21与所述氧化剂罐4的进口连通，所述第二管路21上设有换热器22和第二阀门23，以将所述氧化剂泵20输出的液氧加热气化后充入所述氧化剂罐4中，实现连续供气。所述氧化剂出口17还通过第三管路24和第四管路25分别与所述推力室1的第一进口5以及所述发生器2的第二进口9连通，所述第三管路24和第四管路25上分别设有第三阀门26和第四阀门27。

所述燃料泵19分别与所述燃料进口14和燃料出口16相连，燃料进口14与液态燃料贮箱连通，以向燃料泵19中充入液态甲烷，并经燃料泵19加压后输出；且所述燃料出口16分别通过第五管路28和第六管路29与所述推力室1的开口8、第一进口5以及所述发生器2的第二进口9连通，所述第五管路28和第六管路29上分别设有第五阀门30和第六阀门31。

为方便控制由燃料罐3和氧化剂罐4充入推力室1和发生器2中的气态甲烷和氧气的流量，在所述燃料罐3和氧化剂罐4的出口分别设有第七阀门32和第八阀门33。

还提供了一种火箭发动机，包括所述的火箭发动机多次点火起动装置。

在发动机首次起动时，首先通过燃料罐3和氧化剂罐4的进口分别向其内部充入气态甲烷和氧气。然后打开第七阀门32和第八阀门33，燃料罐3和氧化剂罐4中的气态甲烷和氧气分别进入推力室1的第一点火器7和发生器2的第二点火器11中，第二点火器11点火产生高温燃气，高温燃气经第二出口10进入涡轮18中，并驱动涡轮18转动，进而带动燃料泵19和氧化剂泵20转动，燃料泵19和氧化剂泵20将经燃料进口14和氧化剂进口15充入的液态甲烷和液氧压力提升，高压的液态甲烷和液氧分别经第五管路28和第六管路29、第三管路24和第四管路25进入推力室1和发生器2中，进入发生器2的液态甲烷和液氧由第二点火器11产生的高温燃气点燃，实现发生器2的点火；进入推力室1的液态甲烷和液氧由第一点火器7产生的高温燃气点燃，实现推力室1的点火，由此实现发动机的首次点火起动。

当发动机正常工作后，推力室1则将进入的液态甲烷加热气化后通过第一管路12充入燃料罐中，为燃料罐3补气，供下次点火起动使用。同时，氧化剂泵20中的液氧经氧化剂出口17进入换热器22中加热气化后，通过第二管路21充入氧化剂罐4中，为氧化剂罐4补气，供下次点火起动使用，由此实现火箭发动机的多次点火起动。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。