單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床的製作方法

2023-08-22 23:16:11

本發明涉及一種催化劑床，具體地，涉及一種單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床。

背景技術：

催化劑床是用來承載催化劑的，是單組元液體火箭發動機的重要組件，它的作用是將推進劑催化分解為高溫的氣體工質，實現化學能向熱能的轉化。影響催化劑床設計的主要因素有：催化劑床空隙率、催化劑床比表面積、催化劑床床載荷、催化劑床流阻以及催化劑自身活性等。目前常規應用的單組元液體火箭發動機，其中催化劑的應用已趨於成熟，在催化劑床結構尺寸較大的催化劑床設計中，由催化劑形狀、密度等催化劑屬性決定催化劑床空隙率和比表面積變化較小。催化劑床床載荷是催化劑床設計的重要參數，它的選取直接影響發動機工作壽命，啟動性能等。在大推力單組元催化床設計中，採用常規軸向流動催化床結構，為保證一定的催化床床載荷，催化床直徑過大，對產品結構設計帶來較大的挑戰，不利於實現小型化及減重。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床，其解決單組元液體火箭發動機隨著推力量級增大帶來的催化劑床結構尺寸增大，催化劑床床載荷增大，發動機壽命減少，發動機使用可靠度下降等難題，取得了單組元液體火箭發動機大推力或變推力穩態工作等有益效果。

根據本發明的一個方面，提供一種單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床，其特徵在於，所述單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床由徑向一體式噴注裝置、分隔板、擋板、上蓋板、下蓋板依次按順序連接而成並形成內圈與外圈，內圈與外圈都設有n個獨立分解室，共2n個分解室，n為大於2的自然數，內圈各獨立分解室可添加自發性催化劑，外圈各獨立分解室可添加自發性催化劑或非自發性催化劑，內圈與外圈空腔室的數量一般相等，同時保持同徑向一體式噴注裝置的噴注管數量一致。

優選地，所述自發性催化劑或非自發性催化劑通過徑向均勻噴注進入各個獨立分解室。

優選地，所述徑向一體式噴注裝置噴出推進劑後，在壓力的作用下形成一定初速度，射流方向為圓柱徑向，推進劑與自發性催化劑或非自發性催化劑接觸，發生有序的催化分解反應。

優選地，所述推進劑為肼類燃料或催化反應類燃料。

優選地，所述單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床採用徑向夾套形式。

優選地，所述單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床採用多孔道結構，採用雷射、化學或機械方式進行孔道形成或採用大孔徑加網的組合形式。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：本發明由於採用了徑向立體式結構，在結構尺寸不變條件下，有效降低了單組元液體發動機催化劑床床載荷，提高催化床壽命；同時採用了徑向夾套式結構，中心鏤空，有效降低發動機重量，並改善發動機工作過程中噴注面溫度高等問題。取得了大推力單組元液體火箭發動機穩態工作模式等有益效果。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。

如圖1所示，本發明單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床由徑向一體式噴注裝置1、分隔板2、擋板3、上蓋板4、下蓋板5依次按順序連接而成並形成內圈與外圈，內圈與外圈都設有n個獨立分解室，共2n個分解室，n為大於2的自然數，內圈各獨立分解室可添加自發性催化劑11，外圈各獨立分解室可添加自發性催化劑11或非自發性催化劑12，內圈與外圈空腔室的數量一般相等，同時保持同徑向一體式噴注裝置的噴注管數量一致。

自發性催化劑或非自發性催化劑通過徑向均勻噴注進入各個獨立分解室，這樣提高穩定性和速度。推進劑在自發性催化劑或非自發性催化劑作用下完成有序的催化分解反應，生成高溫燃氣，實現化學能向熱能轉化，後高溫燃氣經過噴管內流動，實現熱能向動能轉化，最終由噴口噴出形成推力。徑向一體式噴注裝置噴出推進劑後，在壓力的作用下形成一定初速度，射流方向為圓柱徑向，推進劑與自發性催化劑或非自發性催化劑接觸，發生有序的催化分解反應。催化分解反應放出大量熱，推進劑在良好的熱環境作用下，反應加劇。短時間高溫燃氣在推力室內建立室壓，燃氣經噴管作用由噴口噴出形成推力。採用內外圈獨立結構，可在內圈添加細顆粒催化劑，有助於提高發動機抗振蕩能力，外圈可以選擇性加入自發或非自發性催化劑，降低發動機成本；採用多獨立腔室結構，可以有效降低發動機工作過程中由於催化劑損耗帶來的空穴效應，保證發動機安全可靠工作；同時本發明催化劑床結構的散熱情況較常規單組元發動機設計更為友好，在相同的結構尺寸下徑向夾套結構可有效減小單組元液體火箭發動機的催化劑床床載荷，有助於單組元液體火箭發動機的大推力化設計和大流量範圍內穩定工作。

推進劑可以為肼類燃料或催化反應類燃料，這樣降低成本，反應充分。

本發明單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床可以採用徑向夾套形式，這樣結構簡單，提高穩定性。

本發明單組元液體火箭發動機徑向夾套催化劑床可以採用多孔道結構，可以採用雷射、化學或機械方式進行孔道形成，也可以採用大孔徑加網的組合形式，防止催化劑損失掉落。

本發明通過催化劑床結構形式的變化，可以在保證結構尺寸不變的條件下，大幅度降低催化床床載荷，從而保證單組元液體火箭發動機工作可靠，壽命增加。大推力單組元液體火箭發動機的設計研發，對發動機結構尺寸提出了苛刻要求，僅能通過相應的催化劑床結構設計優化實現單組元液體火箭發動機的大推力化，而徑向夾套催化劑床結構在相同的結構尺寸下可以有效減小單組元液體火箭發動機的床載荷，減小催化劑破損率，改善發動機整體工作熱環境，提高發動機性能。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。