一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机及工作方法

1.本发明属于固体火箭发动机领域，具体涉及一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机及工作方法。


背景技术：

2.随着对战略导弹的需求不断增加，推力可控是满足这些日益增长的需求的一种选择。历史上，用于可控推力的主要推进系统一直是液体推进系统。然而，对于战略导弹来说，封装限制和与液体系统相关的其他问题是许多战略导弹系统采用固体推进剂推进系统的原因。提高投送射程、增强机动性是我国战略导弹应具备的必要特征，因此固体发动机向高能化和性能随控方向发展。
3.目前固体火箭发动机实现推力可调的方案主要由以下几种：调节喷管喉部面积的变推力发动机；控制推进剂质量燃速的变推力发动机；加质发动机；胶状推进剂发动机；层状发动机；熄火发动机。其中喉部面积可调发动机研究历史最长，理论和试验基础好，推力调节比大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机及工作方法。
5.本发明的目的通过如下技术方案来实现：
6.一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，包括依次连接设置的封盖、富燃燃烧室、流量调节装置、富氧燃烧室、混燃室、尾喷管及位于富燃燃烧室内部的点火装置；
7.所述流量调节装置包括收敛段、滑盘式流量调节阀、扩张段、电机固定架、旋转伺服电机、控制板、星型齿轮减速器、星型传动齿轮；所述滑盘式流量调节阀共两个滑盘阀，每个滑盘阀的中心设有内凹圆形孔用于放置球轴承，通过旋转轴连接，两个滑盘阀之间密封且可相互转动；所述旋转伺服电机通过星型齿轮减速器与星型传动齿轮相连；所述旋转伺服电机与电机固定架通过安装在流量调节装置收敛段末端的法兰盘固定；所述控制板与旋转伺服电机相连，用于控制旋转伺服电机的旋转角度。
8.进一步地，所述封盖与富燃燃烧室通过一体化设计浇筑成一个整体，富燃燃烧室与流量调节装置上游通过法兰盘连接；所述富氧燃烧室与混燃室及尾喷管通过一体化设计浇筑成一个整体，富氧燃烧室与流量调节装置下游通过法兰盘连接。
9.进一步地，所述富燃燃烧室内装填富燃固体推进剂；富氧燃烧室内装填富氧固体推进剂；富氧燃烧室之后连接混燃室，使富燃固体推进剂和富氧固体推进剂的燃气充分掺混并燃烧。
10.进一步地，所述右端滑盘阀固定不可转动，左端滑盘阀通过伺服机构驱动星型传动齿轮进行旋转，用于控制流经流量调节装置的流道面积。
11.进一步地，所述流量调节装置的扩张段与不可转动滑盘阀一体化设计，左侧可转
动滑盘阀与流量调节装置的收敛段密封连接且可相对转动，在两个滑盘阀一周分别各设有四个通气孔，且两个滑盘阀的四个通气孔位置正对。
12.一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机的工作方法，发动机开始工作，富燃燃烧室中的富燃固体推进剂自持燃烧产生富燃燃气；富燃燃气进入到富氧燃烧室中，引燃富氧固体推进剂，耦合燃烧反应在富燃燃气与富氧燃气之间发生；未完全反应的富燃燃气和富氧燃气，在混燃室中；调节发动机推力时，通过控制板控制驱动机构旋转伺服电机的旋转角度，同时通过星型传动齿轮旋转滑盘阀，调整流量调节装置的有效喉道面积，改变压强，调节推力。
13.本发明的有益效果在于：
14.本发明可根据作业需求在一定范围内调节推力，通过控制板控制驱动机构旋转伺服电机旋转指定角度，以及通过传动齿轮实现了滑盘阀的旋转，从而调整流量调节装置的有效喉道面积，进而改变压强实现推力精确调节。
15.滑盘式流量调节阀结构简单，操作方便，能够适应所处工作环境。调节装置的伺服机构均在发动机外部，扩大了装药空间，且规避了对伺服机构的热防护问题。
16.所用控制板和旋转伺服机构的的快速反应能力，当控制板发出指定的旋转指令时，旋转伺服电机能快速根据控制板的指令做出响应，减小调节阀的作动速度对发动机工作带来的不利影响。
17.流量调节装置内截面为“渐缩-突扩”的形式，起到加速燃气流动的作用，同时可以控制滑盘阀的旋转角度实现流道等效喉部面积的不同，控制燃气的质量流量，以实现性能调控的目的。
附图说明
18.图1是一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机整体结构示意图；
19.图2是一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机流量调节装置结构示意图；
20.图3是一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机剖面结构示意图；
21.图4是一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机流量调节装置中滑盘阀所呈有效喉部面积图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明做进一步描述。
23.结合图1、图2、图3，本发明的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，包括封盖1、富燃燃烧室2、流量调节装置3、富氧燃烧室4、混燃室5、尾喷管6、点火装置15、富燃固体推进剂16、富氧固体推进剂17；其中流量调节装置包括收敛段7、滑盘式流量调节阀13、扩张段11、电机固定架8、旋转伺服电机12、控制板9、星型齿轮减速器10、星型传动齿轮14。
24.所述封盖1与富燃燃烧室2通过一体化设计浇筑成一个整体，并将富燃固体推进剂16根据相关要求装填至所在位置，所述富燃燃烧室2与流量调节装置3上游通过法兰盘连接；富氧燃烧室4与混燃室5及尾喷管6通过一体化设计浇筑成一个整体，并将富氧固体推进剂17根据相关要求装填至所在位置。
25.所述富氧燃烧室4与流量调节装置3下游连接；所述电机固定架8通过安装在流量
调节装置3收敛段7末端的法兰盘进行安装固定；所述旋转伺服电机12通过星型齿轮减速器10与星型传动齿轮14相连；所述滑盘式流量调节阀13共两个滑盘阀，每个滑盘阀在其中心设有内凹圆孔用于放置球轴承18，通过旋转轴19连接，两个滑盘阀之间密封且可相互转动，两个滑盘阀一周分别各设有四个通气孔，且两个滑盘阀的四个通气孔位置正对；右端滑盘阀固定不可转动，左端通过伺服机构驱动星型传动齿轮14进行旋转用于控制流经流量调节装置3的流道面积；所述流量调节装置3扩张段11与不可转动滑盘阀一体化设计，左侧可转动滑盘阀与流量调节装置收敛段密封连接且可相对转动；所述控制板与旋转伺服电机相连，用于控制旋转伺服电机的旋转角度。
26.每个滑盘阀上有五个圆形孔，其中一个位于滑盘阀中心用于连接两个滑盘阀保证二者密封且可相互转动，其余四个调节孔沿中心孔周向分布。一旦滑盘阀转动，周向分布的四个调节孔转动有效喉部面积发生改变，达到流量调节的目的。流量喉部面积示意图如图4所示，图中阴影部分为调节孔的有效喉部面积。
27.作为一种实施方式该发动机各段连接均设有密封圈进行密封。
28.本发明的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机进行性能调时，旋转伺服电机12接收到来自控制板9的转动指令，通过星型齿轮减速器10控制板9带动星型传动齿轮14控制板转动，星型传动齿轮14转动带动可转滑盘阀绕轴线转动，使两个滑盘阀的通气孔错开一定角度，进而改变流量调节装置3的有效喉部面积，从而实现流量的变化和富燃富氧燃烧室压力的变化，从而实现发动机推力调节的目的。
29.当旋转伺服电机12的运动按照一定规律变化时，流量调节装置3的有效喉部面积也呈现一定的变化规律，从而实现调节流经流量调节装置3的燃气流量和调节燃烧室压强的目的进而实现推力调节。当需要增加发动机的推力时，旋转伺服电机12控制星型传动齿轮14转动，使滑盘阀向流量调节装置3有效喉部面积减小的方向转动，使富燃燃烧室2的压力增加，推进剂燃速增大，富燃燃气的流量也随之增大；由于尾喷管6尺寸不变，使富氧燃烧室4的压力也增加，燃速和流量也随之增加，实现推力增加的目的，反之亦然。
30.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，其特征在于：包括依次连接设置的封盖(1)、富燃燃烧室(2)、流量调节装置(3)、富氧燃烧室(4)、混燃室(5)、尾喷管(6)及位于富燃燃烧室(2)内部的点火装置(15)；所述流量调节装置(3)包括收敛段(7)、滑盘式流量调节阀(13)、扩张段(11)、电机固定架(8)、旋转伺服电机(12)、控制板(9)、星型齿轮减速器(10)、星型传动齿轮(14)；所述滑盘式流量调节阀(13)共两个滑盘阀，每个滑盘阀的中心设有内凹圆形孔用于放置球轴承(18)，通过旋转轴(19)连接，两个滑盘阀之间密封且可相互转动；所述旋转伺服电机(12)通过星型齿轮减速器(10)与星型传动齿轮(14)相连；所述旋转伺服电机(12)与电机固定架(8)通过安装在流量调节装置(3)收敛段(7)末端的法兰盘固定；所述控制板(9)与旋转伺服电机(12)相连，用于控制旋转伺服电机(12)的旋转角度。2.根据权利要求1所述的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，其特征在于：所述封盖(1)与富燃燃烧室(2)通过一体化设计浇筑成一个整体，富燃燃烧室(2)与流量调节装置(3)上游通过法兰盘连接；所述富氧燃烧室(4)与混燃室(5)及尾喷管(6)通过一体化设计浇筑成一个整体，富氧燃烧室(4)与流量调节装置(3)下游通过法兰盘连接。3.根据权利要求2所述的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，其特征在于：所述富燃燃烧室(2)内装填富燃固体推进剂(16)；富氧燃烧室(4)内装填富氧固体推进剂(17)；富氧燃烧室(4)之后连接混燃室(5)，使富燃固体推进剂(16)和富氧固体推进剂(17)的燃气充分掺混并燃烧。4.根据权利要求1所述的一种可实现性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，其特征在于：所述右端滑盘阀固定不可转动，左端滑盘阀通过伺服机构驱动星型传动齿轮(14)进行旋转，用于控制流经流量调节装置(3)的流道面积。5.根据权利要求4所述的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，其特征在于：所述流量调节装置(3)的扩张段(11)与不可转动滑盘阀一体化设计，左侧可转动滑盘阀与流量调节装置(3)的收敛段(7)密封连接且可相对转动，在两个滑盘阀一周分别各设有四个通气孔，且两个滑盘阀的四个通气孔位置正对。6.根据权利要求1所述的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机，其特征在于：所述流量调节装置(3)内截面为“渐缩-突扩”的形式。7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机的工作方法，其特征在于：发动机开始工作，富燃燃烧室(2)中的富燃固体推进剂(16)自持燃烧产生富燃燃气；富燃燃气进入到富氧燃烧室(4)中，引燃富氧固体推进剂(17)，耦合燃烧反应在富燃燃气与富氧燃气之间发生；未完全反应的富燃燃气和富氧燃气，在混燃室(5)中；调节发动机推力时，通过控制板(9)控制驱动机构旋转伺服电机(12)的旋转角度，同时通过星型传动齿轮(14)旋转滑盘阀，调整流量调节装置(3)的有效喉道面积，改变压强，调节推力。

技术总结
本发明涉及一种性能主动调控的分装组合固体火箭发动机及工作方法，包括依次连接的封盖、富燃燃烧室、流量调节装置、富氧燃烧室、混燃室、尾喷管；流量调节装置包括收敛段、滑盘式流量调节阀、扩张段、电机固定架、旋转伺服电机、控制板、星型齿轮减速器、星型传动齿轮；滑盘式流量调节阀共两个滑盘阀，每个滑盘阀的中心设有内凹圆形孔用于放置球轴承，通过旋转轴连接，两个滑盘阀之间密封且可相互转动；旋转伺服电机通过星型齿轮减速器与星型传动齿轮相连；旋转伺服电机与电机固定架通过安装在流量调节装置收敛段末端的法兰盘固定；控制板与旋转伺服电机相连。本发明结构紧凑、装配控制便捷能够同时实现固体火箭发动机顿感高能和性能调控。性能调控。性能调控。


技术研发人员：王革 杨帅 杨铭 王富祺 王志邦 陈焱 杨海威 关奔
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/6