CN109707534B - 一种径向隔层式双脉冲发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向隔层式双脉冲发动机，包括第二燃烧室壳体、软质隔层、第一燃烧室壳体、第一脉冲药柱组件、第二脉冲药柱组件、点火装置、喷管：第二燃烧室壳体两端分别设有前开口和后开口；软质隔层将第二燃烧室壳体内腔分隔成第一燃烧室和第二燃烧室；第一燃烧室壳体固设于第一燃烧室内，其设有挡药板和底板，挡药板上开设有第一孔，底板上开设有第二孔；第一脉冲药柱组件包括第一药柱，第一药柱设有内孔，第一药柱固设于第一燃烧室壳体内且内孔两端分别与第一孔和第二孔连通；第二脉冲药柱组件包括粘接在第二燃烧室壳体内壁的绝热层和填充于绝热层与软质隔层之间的第二药柱；点火装置和喷管分设于前开口和后开口处。本发明空间利用率高。

Description

一种径向隔层式双脉冲发动机

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机技术领域，具体涉及一种径向隔层式双脉冲发动机。

背景技术

根据某些导弹武器使用特点，对其动力系统有严格的空间和质量约束，同时需要具备短时大推力发射、长时小推力巡航的特点，由此对发动机提出在有限空间和质量约束下，需要提供跨度较大的双推力，且要求装填比和质量比高。常规方案为采用两级发动机、单室双推或者轴向隔层/隔舱双脉冲发动机方案，但均存在空间利用率低、结构质量重，难以满足使用要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种空间利用率高的径向隔层式双脉冲发动机。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种径向隔层式双脉冲发动机，其包括：

第二燃烧室壳体，其两端分别设有前开口和后开口；

管状软质隔层，其固设于第二燃烧室壳体内，所述软质隔层与第二燃烧室壳体轴向相同，且其两端分别与前开口和后开口连通；所述软质隔层将第二燃烧室壳体内腔分隔并形成内外分布的第一燃烧室和第二燃烧室；

管状第一燃烧室壳体，其与软质隔层轴向相同且固设于第一燃烧室内，其靠近前开口一端设有挡药板且靠近后开口一端设有底板，所述挡药板上开设有第一孔，底板上开设有与第一孔对应的第二孔；

第一脉冲药柱组件，其包括管状第一药柱，所述第一药柱沿其轴向开设有内孔，所述第一药柱固设于第一燃烧室壳体内且内孔两端分别与第一孔以及该第一孔对应的第二孔连通；

第二脉冲药柱组件，其包括粘接在第二燃烧室壳体内壁的绝热层和填充于所述绝热层与软质隔层之间的第二药柱；

点火装置，其设于前开口处；

喷管，其设于后开口处。

进一步地，所述软质隔层包括绝热套和金属连接套，所述金属连接套两端分别与点火装置和绝热套连接。

进一步地，所述金属连接套与绝热套连接的壁面上设有凸台。

进一步地，所述绝热套与第二药柱连接的部分设有第一人工脱粘层。

进一步地，所述第一燃烧室壳体上沿其周向开设有若干排气槽，所述排气槽的延伸方向与第一燃烧室壳体轴向相同。

进一步地，所述第一燃烧室壳体与软质隔层之间存在间隙。

进一步地，所述第一燃烧室壳体靠近前开口一侧的壁厚大于其靠近后开口一侧的壁厚。

进一步地，所述第二孔内径不小于内孔内径。

进一步地，所述第一药柱采用双基药，所述第二药柱采用丁羟四组元推进剂。

进一步地，所述绝热层靠近前开口和/或后开口的部分设有第二人工脱粘层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明采用径向隔层的方式，在第二燃烧室壳体内设置软质隔层，通过软质隔层将第二燃烧室壳体内腔分隔形成内外分布的第一燃烧室和第二燃烧室，相当于是在第二药柱内孔空间设计第一燃烧室，可充分利用第二燃烧室壳体内空间，本发明提供的发动机，在空间上仅相当于两级发动机中的一级，空间利用率比两极发动机以及轴向隔层式双脉冲发动机都要高，减小发动机结构尺寸。

(2)本发明提供的发动机在结构上，由于软质隔层充当了第一燃烧室壳体的职能，这个发动机仅相当于只有一套燃烧室壳体，消极质量小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的径向隔层式双脉冲发动机结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一燃烧室壳体结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为图1中A处局部放大图；

图5为本发明实施例提供的径向隔层式双脉冲发动机压强曲线图；

图6为本发明实施例提供的径向隔层式双脉冲发动机推力曲线图。

图中：1、第二燃烧室壳体；2、软质隔层；20、绝热套；21、金属连接套；210、凸台；3、第一燃烧室壳体；30、挡药板；300、第一孔；301、压紧螺栓；31、底板；310、第二孔；311、第三孔；32、排气槽；33、间隙；4、第一药柱；40、内孔；5、绝热层；6、第二药柱；7、点火装置；70、挡环；71、密封圈；8、喷管。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种径向隔层式双脉冲发动机，其包括第二燃烧室壳体1、管状软质隔层2、管状第一燃烧室壳体3、第一脉冲药柱组件、第二脉冲药柱组件、点火装置7和喷管8；第二燃烧室壳体1的两端分别设有前开口和后开口；软质隔层2呈管状，软质隔层2固定设置在第二燃烧室壳体1内，软质隔层2与第二燃烧室壳体1同轴设置，软质隔层2的两端分别与前开口和后开口连通；软质隔层2将第二燃烧室壳体1内腔分隔并形成内外分布的第一燃烧室和第二燃烧室，即软质隔层2的内壁围成第一燃烧室，软质隔层2的内壁与第二燃烧室壳体1内壁之间形成第二燃烧室。

参见图1所示，第一燃烧室壳体3呈管状，其与软质隔层2同轴设置且固定设置在第一燃烧室内，其靠近前开口一端设有挡药板30且靠近后开口一端设有底板31，挡药板30上开设有第一孔300，底板31上开设有与第一孔300对应的第二孔310；第一孔300与其对应的第二孔310的连线与第一燃烧室壳体3的轴向相同；第一脉冲药柱组件包括呈管状的第一药柱4，第一药柱4与第一燃烧室壳体3的轴向相同，第一药柱4沿其轴向开设有内孔40，第一药柱4通过挡药板30固定设置在第一燃烧室壳体3内且内孔40两端分别与第一孔300以及该第一孔300对应的第二孔310连通，挡药板30上还设有压紧螺栓301，通过压紧螺栓301紧固挡药板30；

参见图1所示，第二脉冲药柱组件包括粘接在第二燃烧室壳体1内壁的绝热层5和填充于绝热层5与软质隔层2之间的第二药柱6；

点火装置7设于前开口处，用于给第一药柱4和第二药柱6点火，喷管8设于后开口处，第一药柱4燃烧的气体经第二孔310后从喷管8排出，第二药柱6点火后，软质隔层破损，其燃烧的气体经第一燃烧室壳体3后从喷管8排出。

本发明实施例采用径向隔层的方式，在第二燃烧室壳体内设置软质隔层，通过软质隔层将第二燃烧室壳体内腔分隔形成内外分布的第一燃烧室和第二燃烧室，相当于是在第二药柱内孔空间设计第一燃烧室，可充分利用第二燃烧室壳体内空间，减小发动机结构尺寸。

本发明实施例提供的发动机，在空间上仅相当于两级发动机中的一级，空间利用率比两极发动机以及轴向隔层式双脉冲发动机都要高，在结构上，由于软质隔层充当了第一燃烧室壳体的职能，这个发动机仅相当于只有一套燃烧室壳体，消极质量小。

参见图2所示，第一燃烧室壳体3上沿其周向开设有若干排气槽32，排气槽32的延伸方向与第一燃烧室壳体3轴向相同，本实施例中设置有6个排气槽32，且均匀间隔布置，排气槽32的宽度从前开口向后开口方向均匀增大，本实施例中，排气槽32靠近前开口一端的宽度为10mm，靠近后开口一端的宽度为15mm。参见图1所示，第一燃烧室壳体3与软质隔层2之间存在间隙33，间隙33沿第一燃烧室壳体3径向的厚度为2～5mm，间隙33的厚度从前开口向后开口方向均匀增大，本实施例中，间隙33靠近前开口一端的厚度为2.5mm，靠近后开口一端的厚度为3.5mm，设置间隙33的目的是确保不会因为排气不畅导致第一燃烧室壳体3炸裂。

第一燃烧室壳体3靠近前开口一侧的壁厚大于其靠近后开口一侧的壁厚，确保第一燃烧室壳体3在一脉冲工作结束前不因烧蚀导致第一燃烧室壳体3破坏，且二脉冲工作后第一燃烧室壳体3需均匀烧蚀，不会有大块结构脱落堵塞喷管8，本实施例中第一燃烧室壳体3靠近前开口一侧的壁厚为3mm，其靠近后开口一侧的壁厚为2mm。

第一脉冲药柱组件所包括的第一药柱4的数量根据实际情况选择，通常采用10～20，第一药柱4的内孔40孔径、外径、长度根据实际内弹道性能和空间约束条件进行设计。本实施例采用13根第一药柱4，第一药柱4内孔40的孔径为Φ4mm，外径Φ12mm，长度135mm；布置在第一燃烧室壳体3内的方式为：设置三层，包括由内而外分布的中心层、中间层、外层，在中心层设置一根，在中间层设置6根，并且沿着中心层的外周均匀间隔布置，在外层设置6根，且沿着中间层的外周均匀间隔布置，参见图2和图3所示，为了配合13根第一药柱4，挡药板30上的第一孔300设有13个，底板31上的第二孔310设有13个，为了保证排气通畅，防止底板31被烧穿，第二孔310的内径不小于内孔40内径，本实施例中，第二孔310的内径为Φ4.5mm；参见图3所示，底板31上还设有多个第三孔311，本实施例中，第三孔311大小为Φ3.5mm。

参见图4所示，软质隔层2包括绝热套20和金属连接套21，金属连接套21两端分别与点火装置7和绝热套20连接。

参见图4所示，金属连接套21与绝热套20连接的壁面上设有凸台210，绝热套20上设有凹槽，凸台210嵌置在凹槽内，确保与绝热套20粘接可靠。为了更好地粘接可靠，金属连接套21向绝热套20内延伸并形成穿入绝热套20内的延伸段，凸台210位于该延伸段上。本实施例中，凸台210间隔设置有两个，且大小为1mm×1mm，间隔2mm。

绝热套20靠近后开口的一端与绝热层5搭接，确保粘接可靠和顺利打开，且打开后不影响排气面积。

绝热套20与第二药柱6连接的部分设有第一人工脱粘层，第一人工脱粘层保证绝热套20与第二药柱6分隔开，保证有效燃面，第一人工脱粘层厚度考虑一脉冲烧蚀、制作偏差、一脉冲工作受压等情况。

第一药柱4采用双基药，第二药柱6采用丁羟四组元推进剂，能够同时满足发射时短时大推力、巡航长时小推力的要求，且兼具低成本的特点，具有极大的应用价值。

绝热层5靠近前开口和/或后开口的部分设有第二人工脱粘层，确保二脉冲在一脉冲高压强工作和二脉冲点火冲击下第二药柱6结构完整。

参见图1所示，点火装置7的顶盖体通过挡环70与第二燃烧室壳体1连接，参见图4所示，金属连接套21通过密封圈71的径向密封方式确保第一燃烧室和第二燃烧室内燃烧的气体隔绝。

本发明一个实施例中，综合考虑发动机工作压强对发动机结构和性能的影响，合理发挥燃烧室壳体强度，选取一脉冲工作压强为(10～20)MPa，短时大推力；二脉冲工作压强为(3～5)MPa，长时小推力。本实施例发动机直径140mm，选取一脉冲工作压强为15MPa，二脉冲工作压强为3.5MPa，发动机内弹道性能如图5和图6所示。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于，其包括：

第二燃烧室壳体(1)，其两端分别设有前开口和后开口；

管状软质隔层(2)，其固设于第二燃烧室壳体(1)内，所述软质隔层(2)与第二燃烧室壳体(1)轴向相同，且其两端分别与前开口和后开口连通；所述软质隔层(2)将第二燃烧室壳体(1)内腔分隔并形成内外分布的第一燃烧室和第二燃烧室；

管状第一燃烧室壳体(3)，其与软质隔层(2)轴向相同且固设于第一燃烧室内，其靠近前开口一端设有挡药板(30)且靠近后开口一端设有底板(31)，所述挡药板(30)上开设有第一孔(300)，底板(31)上开设有与第一孔(300)对应的第二孔(310)；

第一脉冲药柱组件，其包括管状第一药柱(4)，所述第一药柱(4)沿其轴向开设有内孔(40)，所述第一药柱(4)固设于第一燃烧室壳体(3)内且内孔(40)两端分别与第一孔(300)以及该第一孔(300)对应的第二孔(310)连通；

第二脉冲药柱组件，其包括粘接在第二燃烧室壳体(1)内壁的绝热层(5)和填充于所述绝热层(5)与软质隔层(2)之间的第二药柱(6)；

点火装置(7)，其设于前开口处；

喷管(8)，其设于后开口处；

所述第一燃烧室壳体(3)与软质隔层(2)之间存在间隙(33)，所述第一燃烧室壳体(3)上沿其周向开设有若干排气槽(32)，所述排气槽(32)的延伸方向与第一燃烧室壳体(3)轴向相同；

所述软质隔层(2)在第二药柱(6)点火后破损，第二药柱(6)燃烧产生的气体经过第一燃烧室壳体(3)，并从所述喷管(8)喷出。

2.如权利要求1所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述软质隔层(2)包括绝热套(20)和金属连接套(21)，所述金属连接套(21)两端分别与点火装置(7)和绝热套(20)连接。

3.如权利要求2所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述金属连接套(21)与绝热套(20)连接的壁面上设有凸台(210)。

4.如权利要求2所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述绝热套(20)与第二药柱(6)连接的部分设有第一人工脱粘层。

5.如权利要求1所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述第一燃烧室壳体(3)靠近前开口一侧的壁厚大于其靠近后开口一侧的壁厚。

6.如权利要求1所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述第二孔(310)内径不小于内孔(40)内径。

7.如权利要求1所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述第一药柱(4)采用双基药，所述第二药柱(6)采用丁羟四组元推进剂。

8.如权利要求1所述的径向隔层式双脉冲发动机，其特征在于：所述绝热层(5)靠近前开口和/或后开口的部分设有第二人工脱粘层。

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