一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机的制作方法

1.本实用新型属于及液体火箭发动机技术领域，涉及一种开式循环液体火箭发动机，具体指一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机。


背景技术：

2.随着空间站、深空探测及商业航天的不断发展，运载任务对发动机的推力要求在持续增长，目前主要通过提高单台液体火箭发动机推力的同时发展多机并联组合技术来满足需求。
3.目前国内外开式液体火箭发动机的总体布局主要是泵前布置摇摆软管方式实现发动机摇摆，此类摇摆软管为卸荷式软管，通过外常平环或内常平环实现发动机摇摆，由于此类软管的直径较大，因此承压能力相对较低。同时此类发动机大部分为单向摇摆方式，并且推力室和涡轮泵在一起整体摇摆，摇摆角度较小、摇摆空间也受到限制，同时多台发动机并联安装时也受到空间限制而无法实现。
4.经检索，在公开号cn112832926a公开了一种双向泵后摆液体火箭发动机，包括机架和两个电驱泵模块；机架呈十字形从中轴线向四个方向伸展，在俯视角度的投影面上形成四个象限区域；所述电驱泵模块固定连接在所述机架上，且两个电驱泵模块分别位于两个成对角关系的象限区域中。此种液体火箭发动机的电驱泵模块用于向主系统产生介质推动力，以调节发动机推力，由于发动机采用电驱动泵，省去了传统液体火箭发动机以燃气发生器为中心的一套副系统，发动机结构得以简化，振源减少、振动降低电驱泵组件分别在机架形成的两个对角象限布置，发动机重心较为平衡，在一定程度上够解决双向泵后摆的问题，但是该液体火箭发动机为20kn小推力电动泵推进发动机，对软管的耐压和形变要求较低，不适用于大推力泵后摇摆发动机及大型运载火箭。
5.基于上述原由，因此需要开展新型结构布局方式的大推力涡轮泵驱动的液体火箭发动机研究，为新型液体大推力火箭的总装结构设计提供技术支持。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，本实用新型的开式循环液体火箭发动机将涡轮泵依托于机架，三点支撑定位，突破传统开式在涡轮泵泵前布置金属摇摆软管，将金属摇摆软管布置于涡轮泵出口导管，并进行模块化布局，使得本实用新型的开式循环液体火箭发动机具备泵后双向大角度摇摆，并且能够快速高效进行装配。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
8.一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述的发动机以常平座的十字轴心为摇摆中心，以发动机的推力室垂直状态时的轴线为摇摆轴，所述发动机的伺服机构伸缩改变所述推力室的位置时，所述发动机的氧泵后管路和燃料泵后管路对金属管路进行变形补偿，实现所述推力室以十字轴心为摇摆中心，以轴线为摇摆轴
360
°
摇摆。
9.进一步，还包括涡轮泵、发生器、气瓶模块、电磁阀模块、点火剂贮箱模块、涡轮泵连接支架、氧入口导管和总装导管。
10.进一步，还包括传力座、常平座和机架；所述机架、常平座、传力座和推力室依次通过螺栓连接。
11.进一步，所述的常平座为十字轴结构，轴心为摇摆中心，可在平面内360
°
旋转。
12.进一步，所述的氧泵后管路包括第一氧泵后金属摇摆软管和第二氧泵后金属摇摆软管；所述的燃料泵后管路包括第一燃料泵后金属摇摆软管和第二燃料泵后金属摇摆软管；所述的泵后金属摇摆软管为耐泵后高压的多层金属波纹软管，所述的多层金属波纹软管的外层为包有可进行轴向约束的一定角度的金属丝网套，所述的泵后金属摇摆软管的位置与所述常平座的十字轴心在同一平面、且平行于所述常平座的轴线布置。
13.进一步，所述的伺服机构包括两套，所述伺服机构布置于所述常平座的十字轴线上，所述伺服机构的一端与所述的机架铰接，所述伺服机构的另一端与所述推力室的身部铰接；以所述常平座的十字轴心为摇摆中心，以所述推力室垂直状态时的轴线为摇摆轴，所述伺服机构伸缩改变所述推力室的位置时，所述泵后金属摇摆软管对所述的氧泵后管路和燃料泵后管路构成的金属管路进行变形补偿，实现推力室以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360
°
摇摆。
14.进一步，所述的气瓶模块包括气瓶安装板、第一气瓶、第二气瓶、过滤器、充气阀和气瓶电磁阀，通过螺栓连接安装于所述机架上；所述的电磁阀模块包括电磁阀安装板、电磁阀和电磁阀座，通过螺栓连接安装于所述的机架上；所述的点火剂贮箱模块包括贮箱安装支架、点火剂贮箱、贮箱固定支架、贮箱电磁阀、双单向阀和单向阀，通过螺栓连接安装于所述机架上。
15.进一步，所述气瓶模块、电磁阀模块、点火剂贮箱模块及推力室、涡轮泵、发生器的接口通过所述的总装导管连接，形成完整的发动机系统。
16.本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点和效果：
17.(1)本实用新型提供的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，在涡轮泵后管路安装泵后金属摇摆软管，通过伺服机构伸缩调节推力室角度，泵后金属摇摆软管对金属管路进行变形补偿，可以实现推力室以常平座的十字轴心为摇摆中心，以推力室垂直状态时的轴线为摇摆轴360
°
摇摆。
18.(2)本实用新型的开式液体火箭发动机利用模块化布局，将气瓶模块、电磁阀模块及点火剂贮箱模块集成在机架上，不仅便于分解拆装，缩短装配周期，同时也能控制发动机的装配质量。
19.(3)本实用新型的开式液体火箭发动机装配时采用模块化布局方式，结构紧凑，在发动机大批量生产的情况下，有效节约生产成本；同时本实用新型的开式液体火箭发动机模块化布局方式可以节约火箭舱段的空间，有利于多台发动机并联布置，提高火箭运载能力。
附图说明
20.图1是本实用新型实施例1的液体火箭发动机的主视结构示意图。
21.图2是图1的俯视图。
22.图3是本实用新型实施例1的液体火箭发动机的三维结构示意图。
23.图4是本实用新型实施例1气瓶模块装配结构示意图。
24.图5是本实用新型实施例1电磁阀模块装配结构示意图。
25.图6是本实用新型实施例1火剂贮箱模块装配结构示意图。
26.图7是本实用新型实施例1的机架安装模块结构示意图。
27.图8是本实用新型实施例1的氧泵后管路路结构示意图。
28.图9是本实用新型实施例1的燃料泵后管路结构示意图。
29.图10是本实用新型实施例2提供的液体火箭发动机的先装配推力室和各组合模块结构示意图。
30.图11是本实用新型实施例3提供的液体火箭发动机先装配机架模块和涡轮泵结构示意图。
31.其中，1-推力室，2-涡轮泵，3-发生器，4-气瓶模块，5-电磁阀模块，6-点火剂贮箱模块，7-氧泵后管路，8-燃料泵后管路，9-传力座，10-常平座，11-机架，12-涡轮泵连接支架，13-氧入口导管，14-总装导管，15-伺服机构，401-气瓶安装板，402-第一气瓶，403-第二气瓶，404-过滤器，405-充气阀，406-气瓶电磁阀，501-电磁阀安装板，502-电磁阀，503-电磁阀座，601-贮箱安装支架，602-点火剂贮箱，603-贮箱固定支架，604-贮箱电磁阀，605-双单向阀，606-单向阀，701-第一氧泵后金属摇摆软管，702-第二氧泵后金属摇摆软管，801-第一燃料泵后金属摇摆软管，802-第二燃料泵后金属摇摆软管。
具体实施方式
32.以下将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。
33.实施例1
34.如图1、图2、图3所示。本实用新型提供的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，包括推力室1、氧泵后管路7、燃料泵后管路8、常平座10和伺服机构15，所述的发动机以常平座10的十字轴心为摇摆中心，以发动机的推力室1垂直状态时的轴线为摇摆轴，所述发动机的伺服机构15伸缩改变所述推力室1的位置时，所述发动机的氧泵后管路7和燃料泵后管路8金属管路进行变形补偿，实现所述推力室1以十字轴心为摇摆中心，以轴线为摇摆轴360
°
摇摆。
35.所述的氧泵后管路7和燃料泵后管路8共包含的四根泵后金属摇摆软管对氧泵后管路7和燃料泵后管路8构成的金属管路进行变形补偿，实现推力室1以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360
°
摇摆。
36.进一步，本实用新型的液体火箭发动机还包括涡轮泵2、发生器3、气瓶模块4、电磁阀模块5、点火剂贮箱模块6、涡轮泵连接支架12、氧入口导管13和总装导管14。
37.进一步，本实用新型的液体火箭发动机还包括传力座9、常平座10和机架11，所述的机架11、常平座10、传力座9和推力室1依次通过螺栓连接。
38.具体的说，机架11下端设置常平座10，推力室1上端设置传力座9，推力室1通过传
力座9和常平座10连接，通过伺服机构15将推力室1和机架11连接，伺服机构15的伸长与缩短可以改变推力室1的摇摆角度。
39.进一步，所述的常平座10为十字轴结构，所述十字轴的轴心为摇摆中心，可在平面内360
°
旋转。
40.进一步，所述的伺服机构15包括两套，所述两套伺服机构15布置于所述常平座10的十字轴线上，所述两套伺服机构15的一端与所述的机架11铰接，所述两套伺服机构15的另一端与所述推力室1的身部铰接。以所述常平座10的十字轴心为摇摆中心，以所述推力室1垂直状态时的轴线为摇摆轴，所述伺服机构15伸长与缩短改变所述推力室1的位置时，所述泵后金属摇摆软管对所述的氧泵后管路7和燃料泵后管路8构成的金属管路进行变形补偿，实现推力室1以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360
°
摇摆。
41.具体的说，两套伺服机构15的一端与推力室1的铰接点在推力室1的外周面径向一侧间隔90度夹角设置，另一端沿推力室1的外周呈八字型向外延伸展开。向外展开时，伺服机构15向推力室1一侧延伸的两个端部的夹角角度小于向机架11一侧延伸两个端部的夹角角度。
42.进一步，如图4所示。所述的气瓶模块4包括气瓶安装板401、第一气瓶402、第二气瓶403、过滤器404、充气阀405和气瓶电磁阀406；通过螺栓连接安装于所述机架11上。
43.进一步，如图5所示。所述电磁阀模块5包括电磁阀安装板501、电磁阀502、电磁阀座503，通过螺栓安装于机架11上。
44.进一步，如图6所示。所述点火剂贮箱模块6还包括贮箱安装支架601、点火剂贮箱602、贮箱固定支架603、贮箱电磁阀604、双单向阀605和单向阀606；通过螺栓安装于机架11上。
45.如图7所示。所述气瓶模块4、电磁阀模块5和点火剂贮箱模块6均通过螺栓安装于机架11上。
46.所述机架11为梯形台式框架结构，所述的机架11沿轴向分割成四个三角体的象限空间，其中所述相连的三个象限空间内依次设置气瓶模块4、电磁阀模块5和点火剂贮箱模块6，所述的涡轮泵2则位于剩余的第四个象限空间的下方，所述气瓶模块4、电磁阀模块5和点火剂贮箱模块6分别安装在所述象限空间的机架11上。
47.如图8、图9所示。进一步，所述的氧泵后管路7包括第一氧泵后金属摇摆软管701和第二氧泵后金属摇摆软管702，所述的燃料泵后管路8包括第一燃料泵后金属摇摆软管801和第二燃料泵后金属摇摆软管802；所述的泵后金属摇摆软管为耐泵后高压的多层金属波纹软管，所述的多层金属波纹软管的外层为包有可进行轴向约束的一定角度的金属丝网套，所述的泵后金属摇摆软管的位置与所述常平座10的摇摆中心在同一平面、且平行于所述常平座的轴线布置。
48.具体的说，第一氧泵后金属摇摆软管701、第二氧泵后金属摇摆软管702、第一燃料泵后金属摇摆软管801和第二燃料泵后金属摇摆软管802组成四根泵后金属摇摆软管。第一氧泵后金属摇摆软管701一端和第二氧泵后金属摇摆软管702一端贯通连接呈成l型结构；第二氧泵后金属摇摆软管702另一端连接在所述的涡轮泵2，第一氧泵后金属摇摆软管701另一端连接在所述的推力室1。第一燃料泵后金属摇摆软管801一端与第二燃料泵后金属摇摆软管802一端贯通连接，第一燃料泵后金属摇摆软管801另一端连接推力室1上端，第二燃
料泵后金属摇摆软管802另一端连接在推力室1下端，第一燃料泵后金属摇摆软管801呈l型结构。
49.由于金属摇摆软管为一种多层金属编织波纹软管，软管直径较大、轴向长度短且能够耐泵后高压，外层包有一定角度的金属丝网套的软管进行轴向约束，可以解决软管来回摆动的疲劳问题。四根泵后金属摇摆软管与常平座10的摇摆中心布置在同一平面、且平行于常平座10的十字轴线，使得四根泵后金属摇摆软管对金属管路的变形量进行补偿，实现发动机的推力室1以常平座10的十字轴心为摇摆中心，以发动机的推力室1垂直状态时的轴线为摇摆轴360
°
摇摆。
50.进一步，所述气瓶模块4、电磁阀模块5、点火剂贮箱模块6及推力室1、涡轮泵2和发生器3等组件的接口通过总装导管14连接，形成完整的发动机系统。
51.实施例2
52.如图10所示。本实用新型提供的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机,装配时可以先装配推力室和各组合模块，此种总装方法包括下述步骤：
53.步骤1):依次单独装配气瓶模块4、电磁阀模块5和点火剂贮箱模块6，将气瓶模块4、电磁阀模块5和点火剂贮箱模块6均通过螺栓连接安装在机架11上；
54.步骤2):先将常平座10、传力座9及推力室1依次通过螺栓与机架11连接，再将涡轮泵2通过氧入口导管13和涡轮泵连接支架12与机架11连接；
55.步骤3):在机架11和推力室1之间安装两套伺服机构15，以常平座10十字轴心为摇摆中心，以推力室1垂直状态时的轴线为摇摆轴，泵后金属摇摆软管可以补偿金属管路的变形量，实现推力室1以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360
°
摇摆；
56.步骤4):通过装有泵后金属摇摆软管的氧泵后管路7和燃料泵后管路8将涡轮泵2与推力室1相连；
57.步骤5):最后通过总装导管14将各模块及推力室1、涡轮泵2和发生器3等组件的接口连接，形成完整的发动机系统
，
完成发动机模块化装配。
58.实施例3
59.如图11所示。本实用新型的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，装配时还可以先装配机架模块和涡轮泵，此种总装方法包括下述步骤：
60.步骤1):依次单独装配气瓶模块4、电磁阀模块5、点火剂贮箱模块6，将各模块通过螺栓连接安装在机架11上；
61.步骤2):先将涡轮泵2通过氧入口导管13和涡轮泵连接支架12与机架11连接，再将常平座10、传力座9及推力室1依次通过螺栓与机架11连接；
62.步骤3):在机架11和推力室1之间安装两套伺服机构15，以常平座10十字轴心为摇摆中心，以推力室1垂直状态时的轴线为摇摆轴，泵后金属摇摆软管可以补偿金属管路的变形量，实现推力室1以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360
°
摇摆；
63.步骤4):通过装有泵后金属摇摆软管的氧泵后管路7和燃料泵后管路8将涡轮泵2与推力室1连接；
64.步骤5):最后通过总装导管14将各模块及推力室1、涡轮泵2和发生器3等组件的接口相连，形成完整的发动机系统
，
完成发动机模块化装配。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述的发动机以常平座(10)的十字轴心为摇摆中心，以发动机的推力室(1)垂直状态时的轴线为摇摆轴，所述发动机的伺服机构(15)伸缩改变所述推力室(1)的位置时，所述发动机的氧泵后管路(7)和燃料泵后管路(8)对金属管路进行变形补偿，实现所述推力室(1)以十字轴心为摇摆中心，以轴线为摇摆轴360
°
摇摆。2.根据权利要求1所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：还包括涡轮泵(2)、发生器(3)、气瓶模块(4)、电磁阀模块(5)、点火剂贮箱模块(6)、涡轮泵连接支架(12)、氧入口导管(13)和总装导管(14)。3.根据权利要求2所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：还包括传力座(9)、常平座(10)和机架(11)；所述的机架(11)、常平座(10)、传力座(9)和推力室(1)依次通过螺栓连接。4.根据权利要求3所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述的常平座(10)为十字轴结构，轴心为摇摆中心，可在平面内360
°
旋转。5.根据权利要求4所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述的氧泵后管路(7)包括第一氧泵后金属摇摆软管(701)和第二氧泵后金属摇摆软管(702)，所述的燃料泵后管路(8)包括第一燃料泵后金属摇摆软管(801)和第二燃料泵后金属摇摆软管(802)；所述的泵后金属摇摆软管为耐泵后高压的多层金属波纹软管，所述的多层金属波纹软管的外层为包有可进行轴向约束的一定角度的金属丝网套，所述的泵后金属摇摆软管的位置与所述常平座(10)的十字轴心在同一平面、且平行于所述常平座(10)的轴线布置。6.根据权利要求5所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述的伺服机构(15)包括两套，所述伺服机构(15)布置于所述常平座(10)的十字轴线上，所述伺服机构(15)的一端与所述的机架(11)铰接，所述伺服机构(15)的另一端与所述推力室(1)的身部铰接；以所述常平座(10)的十字轴心为摇摆中心，以所述推力室(1)垂直状态时的轴线为摇摆轴，所述伺服机构(15)伸长与缩短改变所述推力室(1)的位置时，所述泵后金属摇摆软管对所述氧泵后管路(7)和燃料泵后管路(8)构成的金属管路进行变形补偿，实现推力室(1)以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360
°
摇摆。7.根据权利要求3所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述的气瓶模块(4)包括气瓶安装板(401)、第一气瓶(402)、第二气瓶(403)、过滤器(404)、充气阀(405)和气瓶电磁阀(406)，通过螺栓连接安装于所述机架(11)上；所述的电磁阀模块(5)包括电磁阀安装板(501)、电磁阀(502)和电磁阀座(503)，通过螺栓连接安装于所述的机架(11)上；所述的点火剂贮箱模块(6)包括贮箱安装支架(601)、点火剂贮箱(602)、贮箱固定支架(603)、贮箱电磁阀(604)、双单向阀(605)和单向阀(606)，通过螺栓连接安装于所述机架(11)上。8.根据权利要求7所述的一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机，其特征在于：所述气瓶模块(4)、电磁阀模块(5)和点火剂贮箱模块(6)及所述推力室(1)、涡轮泵(2)和发生器(3)的接口通过所述的总装导管(14)连接，形成完整的发动机系统。

技术总结
本实用新型涉及一种基于泵后金属软管的模块化开式液体火箭发动机。现有开式循环泵后摆液体火箭发动机推力较小，对软管要求较低，不适用于大推力泵后摇摆发动机及大型运载火箭。本实用新型提供的开式液体火箭发动机以常平座十字轴心为摇摆中心，以推力室垂直状态时的轴线为摇摆轴，伺服机构伸缩改变所述推力室的位置，同时发动机泵后金属摇摆软管对金属管路进行变形补偿，实现所述推力室以十字轴心为摇摆中心，绕轴线360


技术研发人员：付平 陈勃新 韩飞 黄其殷 余虔 王红巾 李峰涛 王少卫
受保护的技术使用者：西安中科宇动动力科技有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/6/14