一种可控消融隔层式多脉冲发动机

1.本发明涉及多脉冲固体火箭发动机技术领域，具体为一种可控消融隔层式多脉冲发动机。


背景技术：

2.传统固体火箭发动机只提供一次推力，难以在导弹的末段进行大机动的突防攻击。多脉冲发动机提供了一种固体火箭发动机的能量管理和分配方式，可以合理有效地管理固体火箭发动机能量，多次关机和启动，进行多次推力控制，提升导弹的末段突防机动性能。
3.使用隔离装置将各脉冲的药柱在结构上分离，使各脉冲药柱分别点火，是一种实现脉冲发动机的有效方案。而隔层的结构设计与工作方式的选择，对于脉冲发动机的性能影响较大，是脉冲发动机实现工程应用的关键技术。
4.目前隔离装置所采用的材料主要有两种：一种是硬质材料，如陶瓷、金属等，另一种为软质材料，如橡胶类材料。上述隔离装置的打开方式通常是在隔离装置结构上设置预制缺陷，在后一脉冲点火后，在燃气的正向压力作用下隔离装置沿预制缺陷处产生破坏，燃气通道迅速打开。但是该方法对预制缺陷的质量控制要求非常高，降低了脉冲发动机的工作可靠性，并且会产生的破坏性碎片，容易对发动机燃烧室及喷管的工作产生不利影响。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可控消融隔层式多脉冲发动机，以解决现有技术中发动机内当燃气正向压力作用下隔离装置沿预制缺陷处产生破坏，隔离装置容易产生破坏性碎片导致对发动机产生不利影响以及降低了脉冲发动机工作可靠性的技术问题。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种可控消融隔层式多脉冲发动机，包括发动机外壳体和若干脉冲单元；若干脉冲单元同轴依次装配在发动机外壳体内，所述脉冲单元包括电加热消融隔层组件、药柱和点火器；所述电加热消融隔层组件呈筒体结构，其中电加热消融隔层组件的一端设有消融侧，所述药柱装配在消融隔层组件内，点火器贯穿电加热消融隔层组件的消融侧与药柱接触。
8.优选的，电加热消融隔层组件的消融侧的外径与发动机外壳体的内径大小对应。
9.优选的，电加热消融隔层组件包括加热环、消融层、支撑绝缘组件和若干电极插针；其中支撑绝缘组件呈筒体结构，所述消融层贴附在支撑绝缘组件的一端端部形成消融侧，所述加热环装配在消融层上，若干电极插针竖直分别在支撑绝缘组件的外侧壁内，且均依次贯穿消融层和加热环与外部电源连接构成加热回路，药柱装配在支撑绝缘组件内，点火器贯穿依次贯穿加热环、消融层和消融隔层组件的端部与药柱接触。
10.进一步的，加热环呈开口薄壁圆环结构，其中在加热环的开口两端分别设有电极
定位孔，所述电极插针通过电极定位孔与外部电源连接；所述加热环的内侧沿着周向均设置若干向心加热板，其中若干向心加热板在加热环的圆心处预留通孔形成第一点火器安装孔，用于装配点火器；若干向心板通过加热环装配在消融层上。
11.更进一步的，若干向心加热板的厚度均大于加热环的厚度。
12.更进一步的，消融层呈圆形凸台结构，其中消融层的外侧圆环上分布若干对消融层导向孔，每对消融层导向孔与加热环的两个电极定位孔对应，用于贯穿电极插针，消融层的中间凸台部分沿着周向均设置若干向心槽，若干向心加热板对应装配在若干向心槽内，若干向心加热板在中间凸台部分的圆心处预留通孔形成第二点火器安装孔，用于装配点火器。
13.更进一步的，消融层的外侧圆环的外径与发动机外壳体的内径大小对应。
14.更进一步的，向心槽的槽深与向心加热板的厚度对应。
15.进一步的，支撑绝缘组件包括多孔材料层和绝缘环，所述多孔材料层装配在绝缘环的端部形成筒体结构，所述绝缘环内设有若干绝缘环导向孔，所述电极插针沿着绝缘环导向孔依次贯穿消融层和加热环与外部电源连接构成加热回路，所述药柱装配在绝缘环内，所述多孔材料层上开设有第三点火安装孔，用于装配点火器。
16.进一步的，消融层的材料为abs热塑性材料。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
18.本发明提供了一种可控消融隔层式多脉冲发动机，在发动机外壳体装配多个脉冲单元，每个脉冲单元设有电加热消融隔层组件，当上一脉冲工作结束后，通过电加热的方式将硬质隔层转变为软质隔层，材料强度下降，下一脉冲药柱点火后，能够安全可控的完成脉冲发动机隔层的打开动作，燃气通道打开后，隔离材料采用低熔点的热塑性材料，可在燃烧室高温燃气作用下，直接消融，减少对发动机后续工作过程的影响。本发明中隔层结构没有预制缺陷，降低了多脉冲发动机隔层失效的风险，整个隔层打开动作没有破坏性的碎片产生，大幅提升了多脉冲发动机的工作稳定性和可靠性。
19.进一步的，电加热消融隔层组件的消融侧外径与发动机外壳体的内径大小对应，当上一脉冲工作时时，本发明实施例处于硬化状态，相比传统的预制缺陷硬隔层和软隔层，具有较强的承压能力和可靠性，可以提高脉冲发动机隔层工作的稳定性与安全性，减小预制缺陷来带的意外点火风险。
20.进一步的，电加热消融隔层组件由加热环、消融层、支撑绝缘组件和若干电极插针，消融层贴附在支撑绝缘组件的一端端部形成消融侧，所述加热环装配在消融层上，若干电极插针竖直分别在支撑绝缘组件的外侧壁内，且均依次贯穿消融层和加热环与外部电源连接构成加热回路，通过对加热环进行加热，使得隔层在脉冲药柱点燃前进行软化和局部消融，结合脉冲药柱点燃后高温燃气作用，使得消融层能够直接消融，减少对发动机后续工作过程的影响。
21.进一步的，加热环呈开口薄壁圆环结构，便于形成电加热回路，其中在加热环的开口两端分别设有电极定位孔，便于插入正负电极，加热环的内侧沿着周向均设置若干向心加热板，若干向心板通过加热环装配在消融层上，便于对消融层进行加热，使其快速消融，减少对发动机后续工作过程的影响。
22.进一步的，若干向心加热板的厚度均大于加热环的厚度，便于若干向心加热板能
够直接装配在消融层上，便于对消融层进行消融工作。
23.进一步的，消融层呈圆形凸台结构，其中消融层的外侧圆环上分布若干对消融层导向孔，可通过串联方式实现加热回路，消融层导向孔的数量对应发动机外壳内的脉冲单元的数量，使其可以错位贯穿电极插针，实现多级脉冲单元的串联加热回路。
24.进一步的，支撑绝缘组件包括多孔材料层和绝缘环，多孔材料为圆环薄片，使用多孔材料加工，便于燃烧室高温燃气通入，还可有效的对绝缘环进行支撑，当需要下级单元工作时，点火器工作，点燃药柱端面，产生的高压燃气可以顺利打开软化的消融层与多孔材料层，实现下级脉冲单元的工作。
附图说明
25.图1为本发明中可控消融隔层式多脉冲发动机的结构示意图；
26.图2为本发明中脉冲单元的结构示意图；
27.图3为本发明中脉冲单元中消融隔层组件结构示意图；
28.图4为本发明中加热环的结构示意图；
29.图5为本发明中加热环的立体结构示意图；
30.图6为本发明中消融层的结构示意图；
31.图7为本发明中消融层的立体结构示意图。
32.图中：1-加热环；2-消融层；3-多孔材料层；4-绝缘环；5-电极插针；6-药柱；7-点火器；8-脉冲单元；9-发动机外壳体；11-电极定位孔；12-向心加热板；13-第一点火器安装孔；21-消融层导向孔；22-向心槽；23-第二点火器安装孔；31-第三点火器安装孔；41-绝缘环导向孔。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
34.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
35.本发明的目的在于提供一种可控消融隔层式多脉冲发动机，以解决现有技术中发动机内当燃气正向压力作用下隔离装置沿预制缺陷处产生破坏，隔离装置容易产生破坏性碎片导致对发动机产生不利影响以及降低了脉冲发动机工作可靠性的技术问题。
36.具体的，根据图1所示，该可控消融隔层式多脉冲发动机，包括发动机外壳体9和若干脉冲单元8；若干脉冲单元8同轴依次装配在发动机外壳体9内，根据图2所示，脉冲单元8包括电加热消融隔层组件、药柱6和点火器7；所述电加热消融隔层组件呈筒体结构，其中电加热消融隔层组件的一端设有消融侧，所述药柱6装配在消融隔层组件内，点火器7贯穿电加热消融隔层组件的消融侧与药柱6接触。
37.具体的，电加热消融隔层组件的消融侧的外径与发动机外壳体9的内径大小对应。
38.具体的，根据图3所示，电加热消融隔层组件包括加热环1、消融层2、支撑绝缘组件
和若干电极插针5；其中支撑绝缘组件呈筒体结构，所述消融层2贴附在支撑绝缘组件的一端端部形成消融侧，所述加热环1装配在消融层2上，若干电极插针5竖直分别在支撑绝缘组件的外侧壁内，且均依次贯穿消融层2和加热环1与外部电源连接构成加热回路，药柱6装配在支撑绝缘组件内，点火器7贯穿依次贯穿加热环1、消融层2和消融隔层组件的端部与药柱6接触。
39.具体的，根据图4和图5所示，加热环1呈开口薄壁圆环结构，其中在加热环1的开口两端分别设有电极定位孔11，所述电极插针5通过电极定位孔11与外部电源连接；所述加热环1的内侧沿着周向均设置若干向心加热板12，其中若干向心加热板12在加热环1的圆心处预留通孔形成第一点火器安装孔12，用于装配点火器7；若干向心板12通过加热环1装配在消融层2上。
40.其中，若干向心加热板12的厚度均大于加热环1的厚度。
41.具体的，根据图6和图7所示，消融层2呈圆形凸台结构，其中消融层2的外侧圆环上分布若干对消融层导向孔21，每对消融层导向孔21与加热环1的两个电极定位孔11对应，用于贯穿电极插针5，消融层2的中间凸台部分沿着周向均设置若干向心槽22，若干向心加热板12对应装配在若干向心槽22内，若干向心加热板12在中间凸台部分的圆心处预留通孔形成第二点火器安装孔23，用于装配点火器7。
42.具体的，消融层2的外侧圆环的外径与发动机外壳体9的内径大小对应。
43.具体的，向心槽22的槽深与向心加热板12的厚度对应。
44.具体的，支撑绝缘组件包括多孔材料层3和绝缘环4，所述多孔材料层3装配在绝缘环4的端部形成筒体结构，所述绝缘环4内设有若干绝缘环导向孔41，所述电极插针5沿着绝缘环导向孔41依次贯穿消融层2和加热环1与外部电源连接构成加热回路，所述药柱6装配在绝缘环4内，所述多孔材料层3上开设有第三点火安装孔31，用于装配点火器7。
45.本发明电极插针5通过绝缘环4预留的绝缘环导向孔41和消融层导向孔21，连接至加热环1的电极定位孔11与外部电源构成加热回路。可以简单的通过串联的方式，串联多级脉冲单元，构成多脉冲固体火箭发动机，实现固体火箭的多级能量管理，如图1所示。
46.本发明中加热环1、消融层2和多孔材料层3通过粘接的方式形成一个整体复合结构。加热环1采用镍铬合金等电热材料加工。消融层2的材料为abs等低熔点热塑性材料。
47.本发明提供的一种可控消融隔层式多脉冲发动机的工作原理为：
48.当固体火箭处于未发射状态时，本发明的电加热消融隔层组件未硬化状态，相比传统的预制缺陷硬隔层和软隔层，具有较强的力学性能，可以提高固体火箭的稳定性与安全性，减小预制缺陷来带的意外点火风险。发动机点火工作且上级单元工作完成后，开启电加热回路，电极插针5连接外部电源使得加热环1加热，加热环对消融层2加热，消融层2吸收热量软开始软化，发动机隔层仅用多孔材料层3进行支撑。当需要下级单元工作时，点火器1工作，点燃药柱6端面，产生的高压燃气可以顺利打开软化的消融层2与多孔材料层3，实现下级脉冲单元的工作。
49.综上所述，本发明提供了一种可控消融隔层式多脉冲发动机，在发动机外壳体装配多个脉冲单元，每个脉冲单元设有电加热消融隔层组件，通过电加热的方式将硬质隔层转变为软质隔层，安全可控的完成脉冲发动机隔层的打开动作，燃气通道打开后，隔离材料采用低熔点的热塑性材料，可在燃烧室高温燃气作用下，直接消融，减少对发动机后续工作
过程的影响。本发明中隔层结构没有预制缺陷，降低了多脉冲发动机隔层失效的风险，整个隔层打开动作没有破坏性的碎片产生，大幅提升了多脉冲发动机的工作稳定性和可靠性。
50.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，包括发动机外壳体(9)和若干脉冲单元(8)；若干脉冲单元(8)同轴依次装配在发动机外壳体(9)内，所述脉冲单元(8)包括电加热消融隔层组件、药柱(6)和点火器(7)；所述电加热消融隔层组件呈筒体结构，其中电加热消融隔层组件的一端设有消融侧，所述药柱(6)装配在消融隔层组件内，点火器(7)贯穿电加热消融隔层组件的消融侧与药柱(6)接触。2.根据权利要求1所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述电加热消融隔层组件的消融侧的外径与发动机外壳体(9)的内径大小对应。3.根据权利要求1所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述电加热消融隔层组件包括加热环(1)、消融层(2)、支撑绝缘组件和若干电极插针(5)；其中支撑绝缘组件呈筒体结构，所述消融层(2)贴附在支撑绝缘组件的一端端部形成消融侧，所述加热环(1)装配在消融层(2)上，若干电极插针(5)竖直分别在支撑绝缘组件的外侧壁内，且均依次贯穿消融层(2)和加热环(1)与外部电源连接构成加热回路，药柱(6)装配在支撑绝缘组件内，点火器(7)贯穿依次贯穿加热环(1)、消融层(2)和消融隔层组件的端部与药柱(6)接触。4.根据权利要求3所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述加热环(1)呈开口薄壁圆环结构，其中在加热环(1)的开口两端分别设有电极定位孔(11)，所述电极插针(5)通过电极定位孔(11)与外部电源连接；所述加热环(1)的内侧沿着周向均设置若干向心加热板(12)，其中若干向心加热板(12)在加热环(1)的圆心处预留通孔形成第一点火器安装孔(12)，用于装配点火器(7)；若干向心板(12)通过加热环(1)装配在消融层(2)上。5.根据权利要求4所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述若干向心加热板(12)的厚度均大于加热环(1)的厚度。6.根据权利要求4所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述消融层(2)呈圆形凸台结构，其中消融层(2)的外侧圆环上分布若干对消融层导向孔(21)，每对消融层导向孔(21)与加热环(1)的两个电极定位孔(11)对应，用于贯穿电极插针(5)，消融层(2)的中间凸台部分沿着周向均设置若干向心槽(22)，若干向心加热板(12)对应装配在若干向心槽(22)内，若干向心加热板(12)在中间凸台部分的圆心处预留通孔形成第二点火器安装孔(23)，用于装配点火器(7)。7.根据权利要求6所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述消融层(2)的外侧圆环的外径与发动机外壳体(9)的内径大小对应。8.根据权利要求6所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述向心槽(22)的槽深与向心加热板(12)的厚度对应。9.根据权利要求3所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述支撑绝缘组件包括多孔材料层(3)和绝缘环(4)，所述多孔材料层(3)装配在绝缘环(4)的端部形成筒体结构，所述绝缘环(4)内设有若干绝缘环导向孔(41)，所述电极插针(5)沿着绝缘环导向孔(41)依次贯穿消融层(2)和加热环(1)与外部电源连接构成加热回路，所述药柱(6)装配在绝缘环(4)内，所述多孔材料层(3)上开设有第三点火安装孔(31)，用于装配点火器(7)。10.根据权利要求3所述的一种可控消融隔层式多脉冲发动机，其特征在于，所述消融
层(2)的材料为abs热塑性材料。

技术总结
本发明涉及多脉冲固体火箭发动机技术领域，具体为一种可控消融隔层式多脉冲发动机，在发动机外壳体装配多个脉冲单元，每个脉冲单元设有电加热消融隔层组件，当上一脉冲工作结束后，通过电加热的方式将硬质隔层转变为软质隔层，材料强度下降，下一脉冲药柱点火后，能够安全可控的完成脉冲发动机隔层的打开动作，燃气通道打开后，隔离材料采用低熔点的热塑性材料，可在燃烧室高温燃气作用下，直接消融，减少对发动机后续工作过程的影响。本发明中隔层结构没有预制缺陷，降低了多脉冲发动机隔层失效的风险，整个隔层打开动作没有破坏性的碎片产生，大幅提升了多脉冲发动机的工作稳定性和可靠性。靠性。靠性。


技术研发人员：徐朝启 邢自扬 王宏元
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/5/30