固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统和方法

摘要

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统和方法。该系统包括过氧化氢液体供给系统和压缩气体供给系统；所述过氧化氢液体供给系统包括高压气瓶、远程泄压阀、减压器、气路电爆阀、过氧化氢贮箱、液体加注单向阀、液路电爆阀、可调文氏管、波纹管、主路电磁阀；所述压缩气体供给系统包括音速喷嘴、涡流管和催化床。通过各个部件的配合及特定的连接方式，保证输送系统的安全性；高压气瓶中的高压气体经过音速喷嘴至涡流管，分离的热气体对催化床进行预热，冷气体对催化床进行冷却，同时冷却气体被加热后获得能量，进入姿控系统，可以起到稳定火箭飞行并提供姿控推力的作用。

权利要求

1.一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，包括过氧化氢液体供给系统和压缩气体供给系统；所述过氧化氢液体供给系统包括高压气瓶、远程泄压阀、减压器、气路电爆阀、过氧化氢贮箱、液体加注单向阀、液路电爆阀、可调文氏管、波纹管、主路电磁阀；所述压缩气体供给系统包括音速喷嘴、涡流管和催化床；

所述过氧化氢贮箱的气体入口依次与所述减压器和所述高压气瓶相连，所述减压器和所述高压气瓶之间的管路连接设置所述远程泄压阀、增压口和压缩气体出口；所述过氧化氢贮箱和所述减压器之间的管路上设置有气路电爆阀和泄压口；

所述过氧化氢贮箱的液体出口依次连接所述可调文氏管和波纹管，所述波纹管的出口端与所述催化床的液体入口相连；所述过氧化氢贮箱的液体出口与所述可调文氏管之间的管路设置所述液路电爆阀和液体加注口；所述催化床的液体入口和所述波纹管之间的管路上设置所述主路电磁阀；

所述涡流管的压缩气体入口与所述压缩气体出口相连，所述压缩气体入口与所述压缩气体出口之间设置所述音速喷嘴；所述涡流管的冷气体出口连接所述催化床的反应室壳体冷却气体入口，所述涡流管的热气体出口连接所述催化床的液体入口相连；所述催化床反应室壳体的气体出口连接姿控系统。

2.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述液路电爆阀和所述可调文氏管之间设置有过滤器。

3.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述过氧化氢贮箱的上端设置贮箱安全阀。

4.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述液体加注口设置有液体加注单向阀。

5.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述增压口设置有气体增压单向阀。

6.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述泄压口设置有泄压手阀。

7.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述涡流管的冷气体出口与所述催化床的反应室壳体冷却气体入口之间的管路设置有冷气体出口电磁阀。

8.根据权利要求1所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，其特征在于，所述涡流管的热气体出口与所述催化床的液体入口之间的管路连接热气体出口电磁阀。

9.采用权利要求1～8中任一项所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统实施过氧化氢输送的方法，其特征在于，包括以下步骤：高压气瓶中的气体经过减压器和气路电爆阀到达过氧化氢贮箱，对所述过氧化氢贮箱中的过氧化氢液体进行增压，增压后的过氧化氢液体依次经过液路电爆阀、过滤器、可调文氏管、波纹管和主路电磁阀到达催化床的液体入口；

在所述增压后的过氧化氢液体进入催化床的内部之前，对所述催化床进行预热，所述预热包括：所述高压气瓶中的气体通过音速喷嘴进入所述涡流管，所述涡流管分离的热气体进入所述催化床的内部；

所述增压后的过氧化氢液体进入所述催化床的内部后，所述涡流管分离的冷气体进入催化床的反应室壳体对所述催化床进行冷却，所述反应室壳体中的冷气体被加热后进入姿控系统。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高压气瓶的增压包括：气体通过气体增压单向阀进入所述高压气瓶；

过氧化氢液体通过液体加注单向阀进入所述过氧化氢贮箱，泄压手阀在加注过程中打开，以排出所述过氧化氢贮箱内的气体；

当增压气体大于所述过氧化氢贮箱的额定压力时，贮箱安全阀打开进行泄压。

说明书

固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航空航天技术领域，具体而言，涉及一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统和方法。

背景技术

[0002] 高浓度过氧化氢催化床是先进固液动力技术的核心分系统之一，催化床和催化反应室是其中的关键组件，对动力系统工作载荷、变工况动力输出、应用寿命以及稳定性与可靠性有决定性影响，是先进固液动力技术研究需要重点突破的内容之一。

[0003] 传统的催化床结构均采用高温合金作为催化反应室的外壳材料，通过材料本身的耐热能力保障催化床工作过程中的结构稳定性与结构可靠性。传统的催化床结构无法预热，催化床启动延迟一般较大，初期催化效率较低。另外，传统火箭的姿态控制方式采用燃气舵或者小型火箭发动机实现。

[0004] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0005] 本发明的一个目的在于提供一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，通过各个部件的配合及特定的连接方式，保证输送系统的安全性；高压气瓶中的高压气体经过音速喷嘴至涡流管，涡流管分离的热气体对催化床进行预热，冷气体对催化床进行冷却，同时冷却气体被加热后获得能量，进入姿控系统，可以起到稳定火箭飞行并提供姿控推力的作用。

[0006] 本发明的另一个目的在于提供一种采用所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统实施过氧化氢输送的方法，具有催化效率高、安全性能高的特点。

[0007] 为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

[0008] 一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，包括过氧化氢液体供给系统和压缩气体供给系统；所述过氧化氢液体供给系统包括高压气瓶、远程泄压阀、减压器、气路电爆阀、过氧化氢贮箱、液体加注单向阀、液路电爆阀、可调文氏管、波纹管、主路电磁阀；所述压缩气体供给系统包括音速喷嘴、涡流管和催化床；

[0009] 所述过氧化氢贮箱的气体入口依次与所述减压器和所述高压气瓶相连，所述减压器和所述高压气瓶之间的管路连接设置所述远程泄压阀、增压口和压缩气体出口；所述过氧化氢贮箱和所述减压器之间的管路上设置有气路电爆阀和泄压口；

[0010] 所述过氧化氢贮箱的液体出口依次连接所述可调文氏管和波纹管，所述波纹管的出口端与所述催化床的液体入口相连；所述过氧化氢贮箱的液体出口与所述可调文氏管之间的管路设置所述液路电爆阀和液体加注口；所述催化床的液体入口和所述波纹管之间的管路上设置所述主路电磁阀；

[0011] 所述涡流管的压缩气体入口与所述压缩气体出口相连，所述压缩气体入口与所述压缩气体出口之间设置所述音速喷嘴；所述涡流管的冷气体出口连接所述催化床的反应室壳体冷却气体入口，所述涡流管的热气体出口连接所述催化床的液体入口相连；所述催化床反应室壳体的气体出口连接姿控系统。

[0012] 在一种实施方式中，所述液路电爆阀和所述可调文氏管之间设置有过滤器。

[0013] 在一种实施方式中，所述过氧化氢贮箱的上端设置贮箱安全阀。

[0014] 在一种实施方式中，所述液体加注口设置有液体加注单向阀。

[0015] 在一种实施方式中，所述增压口设置有气体增压单向阀。

[0016] 在一种实施方式中，所述泄压口设置有泄压手阀。

[0017] 在一种实施方式中，所述涡流管的冷气体出口与所述催化床的反应室壳体冷却气体入口之间的管路设置有冷气体出口电磁阀。

[0018] 所述涡流管的热气体出口与所述催化床的液体入口之间的管路连接热气体出口电磁阀。

[0019] 采用如上所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统实施过氧化氢输送的方法，包括以下步骤：

[0020] 高压气瓶中的高压气体经过减压器和气路电爆阀到达过氧化氢贮箱，对所述过氧化氢贮箱中的过氧化氢液体进行增压，增压后的过氧化氢液体依次经过液路电爆阀、过滤器、可调文氏管、波纹管和主路电磁阀到达催化床的液体入口；

[0021] 在所述增压后的过氧化氢液体进入催化床的内部之前，对所述催化床进行预热，所述预热包括：所述高压气瓶中的高压气体通过音速喷嘴进入所述涡流管，所述涡流管分离的热气体进入所述催化床的内部；

[0022] 所述增压后的过氧化氢液体进入所述催化床的内部后，所述涡流管分离的冷气体进入催化床的反应室壳体对所述催化床进行冷却，所述反应室壳体中的冷气体被加热后进入姿控系统。

[0023] 在一种实施方式中，所述高压气瓶的增压包括：所述高压气体通过气体增压单向阀进入高压气瓶；

[0024] 过氧化氢液体通过液体加注单向阀进入所述过氧化氢贮箱，泄压手阀在加注过程中打开，以排出所述过氧化氢贮箱内的气体；

[0025] 当增压气体大于所述过氧化氢贮箱的额定压力时，贮箱安全阀打开进行泄压。

[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0027] (1)本发明的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，通过各个部件的配合及特定的连接方式，保证输送系统的安全性；高压气瓶中的高压气体经过音速喷嘴至涡流管，涡流管分离的热气体对催化床进行预热，冷气体对催化床进行冷却，同时冷却气体被加热后获得能量，进入姿控系统，可以起到稳定火箭飞行并提供姿控推力的作用。

[0028] (2)本发明的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统实施过氧化氢输送的方法，具有催化效率高、安全性能高的特点。

附图说明

[0029] 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。

[0030] 图1为固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统图。

[0031] 附图标记：

[0032] 1‑高压气瓶、2‑远程泄压阀、3‑气体增压单向阀、4‑减压器、5‑气路电爆阀、6‑泄压手阀、7‑贮箱安全阀、8‑过氧化氢贮箱、9‑液体加注单向阀、10‑液路电爆阀、11‑过滤器、12‑可调文氏管、13‑波纹管、14‑主路电磁阀、15‑音速喷嘴、16‑涡流管、17‑冷气体出口电磁阀、18‑热气体出口电磁阀。

具体实施方式

[0033] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0034] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0035] 根据本发明的一个方面，本发明涉及一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，包括过氧化氢液体供给系统和压缩气体供给系统；所述过氧化氢液体供给系统包括高压气瓶、远程泄压阀、减压器、气路电爆阀、过氧化氢贮箱、液体加注单向阀、液路电爆阀、可调文氏管、波纹管、主路电磁阀；所述压缩气体供给系统包括音速喷嘴、涡流管和催化床；

[0036] 所述过氧化氢贮箱的气体入口依次与所述减压器和所述高压气瓶相连，所述减压器和所述高压气瓶之间的管路连接设置所述远程泄压阀、增压口和压缩气体出口；所述过氧化氢贮箱和所述减压器之间的管路上设置有气路电爆阀和泄压口；

[0037] 所述过氧化氢贮箱的液体出口依次连接所述可调文氏管和波纹管，所述波纹管的出口端与所述催化床的液体入口相连；所述过氧化氢贮箱的液体出口与所述可调文氏管之间的管路设置所述液路电爆阀和液体加注口；所述催化床的液体入口和所述波纹管之间的管路上设置所述主路电磁阀；

[0038] 所述涡流管的压缩气体入口与所述压缩气体出口相连，所述压缩气体入口与所述压缩气体出口之间设置所述音速喷嘴；所述涡流管的冷气体出口连接所述催化床的反应室壳体冷却气体入口，所述涡流管的热气体出口连接所述催化床的液体入口相连；所述催化床反应室壳体的气体出口连接姿控系统。

[0039] 本发明通过过氧化氢液体供给系统中高压气瓶、远程泄压阀、减压器、气路电爆阀、过氧化氢贮箱、液体加注单向阀、液路电爆阀、可调文氏管、波纹管和主路电磁阀的配合及特定的连接方式，进而保证输送系统的安全性；同时高压气瓶的高压气体经过音速喷嘴至涡流管，分离的热气体对催化床进行预热，冷气体对催化床进行冷却，提高催化效率；同时催化床壳体的气体出口连接姿态系统，冷却气体其在催化反应室壳体中被加热后获得能量，进入姿控系统，可以起到稳定火箭飞行并提供姿控推力的作用，可以显著降低姿控系统的质量以及提升姿控系统的安全性。

[0040] 本发明的涡流管即包括压缩气体入口、冷气体出口和热气体出口。催化床启动前预先通过涡流管热端对催化床进行加热，使其具有较高的初始温度；通过涡流管冷端对催化床反应室壳体进行冷却。催化床启动后，关闭涡流管热端，仅通过涡流管冷端对催化床反应室壳体进行冷却，可以降低催化床启动延迟，提高催化床的催化效率。

[0041] 在一种实施方式中，所述液路电爆阀和所述可调文氏管之间设置有过滤器。过滤器可以过滤杂质，保障下游输送系统的洁净。

[0042] 在一种实施方式中，所述过氧化氢贮箱的上端设置贮箱安全阀。当增压气体大于贮箱额定压力时，贮箱安全阀打开泄压，防止发生爆炸等事故。

[0043] 在一种实施方式中，所述液体加注口设置有液体加注单向阀。过氧化氢液体通过液体加注单向阀进入贮箱。

[0044] 在一种实施方式中，所述增压口设置有气体增压单向阀。高压气体通过气体增压单向阀进入高压气瓶，实现高压气瓶的增压。

[0045] 在一种实施方式中，所述泄压口设置有泄压手阀。泄压手阀在过氧化氢液体加注的过程中打开，方便贮箱内气体排出。

[0046] 在一种实施方式中，所述涡流管的冷气体出口与所述催化床的反应室壳体冷却气体入口之间的管路设置有冷气体出口电磁阀。低温气体经过冷气体出口电磁阀进入反应室壳体与冷却通道外壳中间的冷却通道内，由下游进入，吸收反应室壳体热量后，由上游出口进入姿控系统。

[0047] 所述涡流管的热气体出口与所述催化床的液体入口之间的管路连接热气体出口电磁阀。高温气体经过热气体出口电磁阀进入催化床内部进行预热。

[0048] 根据本发明的另一个方面，本发明还涉及采用如上所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统实施过氧化氢输送的方法，包括以下步骤：

[0049] 高压气瓶中的气体经过减压器和气路电爆阀到达过氧化氢贮箱，对所述过氧化氢贮箱中的过氧化氢液体进行增压，增压后的过氧化氢液体依次经过液路电爆阀、过滤器、可调文氏管、波纹管和主路电磁阀到达催化床的液体入口；

[0050] 在所述增压后的过氧化氢液体进入催化床的内部之前，对所述催化床进行预热，所述预热包括：所述高压气瓶中的气体通过音速喷嘴进入所述涡流管，所述涡流管分离的热气体进入所述催化床的内部；

[0051] 所述增压后的过氧化氢液体进入所述催化床的内部后，所述涡流管分离的冷气体进入催化床的反应室壳体对所述催化床进行冷却，所述反应室壳体中的冷气体被加热后进入姿控系统。

[0052] 本发明的方法安全、催化效率高。

[0053] 在一种实施方式中，所述高压气瓶的增压包括：气体通过气体增压单向阀进入所述高压气瓶。

[0054] 在一种实施方式中，过氧化氢液体通过液体加注单向阀进入所述过氧化氢贮箱，泄压手阀在加注过程中打开，以排出所述过氧化氢贮箱内的气体。

[0055] 在一种实施方式中，当增压气体大于所述过氧化氢贮箱的额定压力时，贮箱安全阀打开进行泄压。

[0056] 下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。

[0057] 实施例1

[0058] 一种固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统，如图1所示，包括过氧化氢液体供给系统A和压缩气体供给系统B；所述过氧化氢液体供给系统A包括高压气瓶1、远程泄压阀2、减压器4、气路电爆阀5、过氧化氢贮箱8、液体加注单向阀9、液路电爆阀10、过滤器11、可调文氏管12、波纹管13、主路电磁阀14；所述压缩气体供给系统B包括音速喷嘴15、涡流管16和催化床；

[0059] 所述过氧化氢贮箱8的气体入口依次与所述减压器4和所述高压气瓶1相连，所述减压器4和所述高压气瓶1之间的管路连接设置所述远程泄压阀2、增压口和压缩气体出口，所述增压口设置有气体增压单向阀3；所述过氧化氢贮箱8和所述减压器4之间的管路上设置有气路电爆阀5和泄压口，所述泄压口设置有泄压手阀6；

[0060] 所述过氧化氢贮箱8的液体出口依次连接所述过滤器11、可调文氏管12、和波纹管13，所述波纹管13的出口端与所述催化床的液体入口相连；所述过氧化氢贮箱8的液体出口与所述过滤器11之间的管路设置所述液路电爆阀10和液体加注口，所述液体加注口设置有液体加注单向阀9；所述催化床的液体入口和所述波纹管13之间的管路上设置所述主路电磁阀14；

[0061] 所述过氧化氢贮箱8的上端设置贮箱安全阀7；

[0062] 所述涡流管16的压缩气体入口与所述压缩气体出口相连，所述压缩气体入口与所述压缩气体出口之间设置所述音速喷嘴15；所述涡流管16的冷气体出口连接所述催化床的反应室壳体冷却气体入口，所述涡流管16的热气体出口连接所述催化床的液体入口相连；所述催化床反应室壳体的气体出口连接姿控系统；

[0063] 所述涡流管16的冷气体出口与所述催化床的反应室壳体冷却气体入口之间的管路设置有冷气体出口电磁阀17；所述涡流管16的热气体出口与所述催化床的液体入口之间的管路连接热气体出口电磁阀18。

[0064] 实施例2

[0065] 采用所述的固液火箭发动机催化床主动冷却式飞行输送系统实施过氧化氢输送的方法，包括以下步骤：

[0066] 高压气体贮存在高压气瓶1中，经过减压器4、气路电爆阀5到达过氧化氢贮箱8，对贮箱内的过氧化氢液体进行增压；增压后的过氧化氢液体经过液路电爆阀10、过滤器11到达可调文氏管12，通过调节文氏管喉部面积可以控制过氧化氢液体流量，过氧化氢液体经过波纹管13、主路电磁阀14到达催化床入口；其中减压器4起到控制贮箱增压气体压力的作用，气路电爆阀5和液路电爆阀10是为了保障阀门可靠开启以及保证很快的响应速度，过滤器11可以过滤杂质，保障下游输送系统的洁净，可调文氏管12主要为了精确控制过氧化氢液体流量，同时对输送系统解耦，阻断下游压力变化对上游造成的影响，波纹管13主要为了降低发动机振动对上游系统的影响，主路电磁阀14起到控制过氧化氢液体供应通断的作用，可以实现固液火箭发动机的多次启动。

[0067] 高压气体通过气体增压单向阀3进入高压气瓶1，实现高压气瓶1的增压，当出现紧急情况时可以通过远程泄压阀2进行泄压，提升操作的安全性；过氧化氢液体通过液体加注单向阀9进入过氧化氢贮箱8，泄压手阀6在加注过程中打开，方便过氧化氢贮箱8内的气体排出，当增压气体大于贮箱额定压力时，贮箱安全阀7打开泄压，防止发生爆炸等事故。

[0068] 压缩气体经过音速喷嘴15进入涡流管16，气体经过涡流管16分离为高温气体和低温气体，高温气体经过热气体出口电磁阀18进入催化床，通过高温气体达到预热催化床的作用；低温气体经过冷气体出口电磁阀17进入反应室壳体与冷却通道外壳中间的冷却通道内，由下游进入，吸收反应室壳体热量后，由上游出口进入姿控系统。图1中的P为压力测点，T为温度测点。

[0069] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。