本發(fā)明涉及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近兩年商業(yè)航天蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出spacex，sstl，skybox、geoeye等一大批民營(yíng)航天公司，尤其微小衛(wèi)星發(fā)展迅速。

因此，低成本、快速發(fā)射的小型運(yùn)載火箭有著巨大的商業(yè)需求。

固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性好，能夠快速機(jī)動(dòng)發(fā)射、多次啟動(dòng)、推力調(diào)節(jié)，可以用于研制低成本的小型運(yùn)載火箭，降低發(fā)射成本、周期，提高發(fā)射靈活性和入軌精度。

固液擠壓式輸送系統(tǒng)不適宜高室壓、長(zhǎng)時(shí)間工作的要求，渦輪泵式輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大流量調(diào)節(jié)比下渦輪泵性能降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的固液擠壓式輸送系統(tǒng)不適宜高室壓、長(zhǎng)時(shí)間工作的要求，渦輪泵式輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大流量調(diào)節(jié)比下渦輪泵性能降低的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)，包括高壓氣瓶和貯箱，所述高壓氣瓶通過(guò)管道一與所述貯箱連接，所述貯箱通過(guò)管道二連接推力室；

所述管道一上分別安裝有增壓?jiǎn)蜗蜷y、孔板、氣路高速電磁閥、貯箱排氣手閥和安全閥；

所述管道二上分別安裝有加注泄出手閥、膜片閥、泵、流量調(diào)節(jié)閥和液路高速電磁閥，所述泵與電動(dòng)機(jī)連接。

進(jìn)一步地，所述管道一包括第一連接管、兩路分支管和第二連接管，所述第一連接管與所述高壓氣瓶連接，所述第二連接管與所述貯箱連接，所述兩路分支管用于連接所述第一連接管和所述第二連接管，所述增壓?jiǎn)蜗蜷y安裝在所述第一連接管上，所述孔板和所述氣路高速電磁閥安裝在所述兩路分支管的每一路分支管上，所述貯箱排氣手閥和所述安全閥安裝在所述第二連接管上。

進(jìn)一步地，所述第一連接管上安裝有用于測(cè)量所述高壓氣瓶出口壓力的壓力傳感器和用于測(cè)量所述高壓氣瓶出口溫度的溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述第一連接管上安裝有遠(yuǎn)程泄壓閥。

進(jìn)一步地，所述兩路分支管的每一路分支管上安裝的孔板的孔徑通過(guò)仿真優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)確定。

進(jìn)一步地，所述第二連接管上安裝有用于測(cè)量所述貯箱壓力的壓力傳感器。

進(jìn)一步地，所述泵與所述流量調(diào)節(jié)閥之間的管道二上安裝有用于測(cè)量所述泵的出口壓力的壓力傳感器和用于測(cè)量所述泵的出口溫度的溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述流量調(diào)節(jié)閥和所述液路高速電磁閥之間的管道二上安裝有用于測(cè)量所述流量調(diào)節(jié)閥后壓力的壓力傳感器。

進(jìn)一步地，所述流量調(diào)節(jié)閥和所述液路高速電磁閥之間的管道二上安裝有流量傳感器。

進(jìn)一步地，所述高壓氣瓶?jī)?nèi)的氣體為氮?dú)饣蚝狻?/p>

本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

控制氣路高速電磁閥的啟閉，高壓氣瓶?jī)?nèi)的高壓氣體經(jīng)由孔板、氣路高速電磁閥進(jìn)入貯箱，通過(guò)控制氣路電磁閥的啟閉，調(diào)整貯箱的壓力，使貯箱壓力滿足任務(wù)需求。

當(dāng)貯箱壓力超過(guò)膜片閥破裂值時(shí)，膜片閥破裂，貯箱內(nèi)的氧化劑經(jīng)膜片閥后，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵增壓，再由流量調(diào)節(jié)閥控制流量，打開液路高速電磁閥后，氧化劑按任務(wù)要求的流量和壓力供應(yīng)到推力室。

本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式輸送系統(tǒng)，采用電動(dòng)機(jī)控制泵的轉(zhuǎn)速和流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)容易，能夠滿足大范圍流量變化調(diào)節(jié)下，氧化劑的精確流量、壓力輸送。

本發(fā)明尤其適用于小型運(yùn)載火箭上的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的控制系統(tǒng)的控制原理框圖。

附圖標(biāo)記：1-高壓氣瓶；2-貯箱；3-管道一；4-管道二；5-增壓?jiǎn)蜗蜷y；6-孔板；7-氣路高速電磁閥；8-貯箱排氣手閥；9-安全閥；10-加注泄出手閥；11-膜片閥；12-泵；13-流量調(diào)節(jié)閥；14-液路高速電磁閥；15-電動(dòng)機(jī)；31-第一連接管；32-分支管；33-第二連接管；16-壓力傳感器；17-溫度傳感器；18-遠(yuǎn)程泄壓閥；19-流量傳感器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例一：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的控制系統(tǒng)的控制原理框圖；如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)，包括高壓氣瓶1和貯箱2，所述高壓氣瓶1通過(guò)管道一3與所述貯箱2連接，所述貯箱2通過(guò)管道二4連接推力室；

所述管道一3上分別安裝有增壓?jiǎn)蜗蜷y5、孔板6、氣路高速電磁閥7、貯箱排氣手閥8和安全閥9；

所述管道二4上分別安裝有加注泄出手閥10、膜片閥11、泵12、流量調(diào)節(jié)閥13和液路高速電磁閥14，所述泵12與電動(dòng)機(jī)15連接。

優(yōu)選地，所述管道一3包括第一連接管31、兩路分支管32和第二連接管33，所述第一連接管31與所述高壓氣瓶1連接，所述第二連接管33與所述貯箱2連接，所述兩路分支管32用于連接所述第一連接管31和所述第二連接管33，所述增壓?jiǎn)蜗蜷y5安裝在所述第一連接管31上，所述孔板6和所述氣路高速電磁閥7安裝在所述兩路分支管32的每一路分支管32上，所述貯箱排氣手閥8和所述安全閥9安裝在所述第二連接管33上。

優(yōu)選地，所述第一連接管31上安裝有用于測(cè)量所述高壓氣瓶1出口壓力的壓力傳感器16和用于測(cè)量所述高壓氣瓶1出口溫度的溫度傳感器17。

優(yōu)選地，所述第一連接管31上安裝有遠(yuǎn)程泄壓閥18。

優(yōu)選地，所述第二連接管33上安裝有用于測(cè)量所述貯箱2壓力的壓力傳感器16。

優(yōu)選地，所述泵12與所述流量調(diào)節(jié)閥13之間的管道二4上安裝有用于測(cè)量所述泵12的出口壓力的壓力傳感器16和用于測(cè)量所述泵12的出口溫度的溫度傳感器17。

優(yōu)選地，所述流量調(diào)節(jié)閥13和所述液路高速電磁閥14之間的管道二4上安裝有用于測(cè)量所述流量調(diào)節(jié)閥13后壓力的壓力傳感器16。

優(yōu)選地，所述流量調(diào)節(jié)閥13和所述液路高速電磁閥14之間的管道二4上安裝有流量傳感器19。

還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)用于采集貯箱2壓力，控制兩路分支管32的每一路分支管32上安裝的氣路高速電磁閥7的開啟和關(guān)閉，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)貯箱2的壓力，實(shí)現(xiàn)貯箱2壓力的快速、精確控制。

控制系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)節(jié)泵12的轉(zhuǎn)速和流量調(diào)節(jié)閥13的流通喉部截面積，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)反饋，實(shí)現(xiàn)氧化劑輸送流量、壓力的精確控制。

在固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中，輸送系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)過(guò)程：

試驗(yàn)前加注增壓，試驗(yàn)時(shí)正常工作，試驗(yàn)后剩余推進(jìn)劑處理和異常情況緊急處理。

試驗(yàn)前加注增壓過(guò)程，氧化劑加注系統(tǒng)與加注泄出手閥10連接，打開加注泄出手閥10，打開貯箱排氣手閥8，在氧化劑加注系統(tǒng)端增壓將氧化劑加注到貯箱2內(nèi)，加注完成后，關(guān)閉加注泄出手閥10和貯箱排氣手閥8，拆卸連接管路。增壓系統(tǒng)與增壓?jiǎn)蜗蜷y5連接，擠壓氣體，通常選用氮?dú)饣蚝猓?jīng)增壓系統(tǒng)增壓后，由增壓?jiǎn)蜗蜷y5進(jìn)入高壓氣瓶1，增壓完成后，拆卸連接管路。

試驗(yàn)時(shí)正常工作，首先控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)氣路高速電磁閥7的開啟和關(guān)閉，高壓氣瓶1內(nèi)的擠壓氣體由孔板6、氣路高速電磁閥7進(jìn)入貯箱2，將貯箱2維持在穩(wěn)定的工作壓力。

貯箱2壓力一旦超過(guò)設(shè)定安全值，安全閥9開啟對(duì)貯箱2進(jìn)行泄壓。

當(dāng)貯箱2壓力達(dá)到膜片閥11的破裂值時(shí)，膜片閥11膜片破裂，貯箱2內(nèi)的氧化劑經(jīng)膜片閥11流入泵12，電動(dòng)機(jī)15啟動(dòng)，帶泵12轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)氧化劑進(jìn)行增壓，氧化劑增壓后流經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥13，達(dá)到一定壓力后，液路高速電磁閥14開啟，氧化劑經(jīng)液路高速電磁閥14進(jìn)入推力室，實(shí)現(xiàn)氧化劑的供應(yīng)。

電動(dòng)機(jī)15的轉(zhuǎn)速、流量調(diào)節(jié)閥13的調(diào)節(jié)、液路高速電磁閥14的開啟，由控制系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)需求智能控制，實(shí)現(xiàn)氧化劑輸送的流量、壓力精確控制。

試驗(yàn)后剩余推進(jìn)劑處理，試驗(yàn)結(jié)束后，打開遠(yuǎn)程泄壓閥18，對(duì)高壓氣瓶1進(jìn)行泄壓，完成后關(guān)閉遠(yuǎn)程泄壓閥18；打開貯箱排氣手閥8，貯箱2泄壓后，加注系統(tǒng)與加注泄出手閥10連接，打開加注泄出手閥10，由真空泵將貯箱2內(nèi)剩余推進(jìn)劑抽出，完成后關(guān)閉加注泄出手閥10、貯箱排氣手閥8。

異常情況緊急處理，首先關(guān)閉液路高速電磁閥14切斷氧化劑的供應(yīng)，關(guān)閉電動(dòng)機(jī)15，將流量調(diào)節(jié)閥13調(diào)至開度最小位置，然后關(guān)閉氣路高速電磁閥7，打開遠(yuǎn)程泄壓閥18進(jìn)行泄壓，完成后，開啟氣路高速電磁閥7，對(duì)貯箱2進(jìn)行緊急泄壓，確認(rèn)安全后，分析異常情況原因和卸放剩余氧化劑。

所述孔板6，用于控制高壓氣瓶1內(nèi)的擠壓氣體流入貯箱2的速度。

高壓氣瓶1內(nèi)的擠壓氣體經(jīng)孔板6流入貯箱2由氣路高速電磁閥7控制。

兩路分支管32的每一路分支管32上安裝的孔板6的流通面積由仿真計(jì)算和試驗(yàn)優(yōu)選確定，大直徑孔板6用于貯箱2壓力較低時(shí)對(duì)貯箱2進(jìn)行快速增壓，小直徑孔板6通過(guò)脈沖式開啟實(shí)現(xiàn)貯箱2壓力的精確穩(wěn)定控制。

具體實(shí)現(xiàn)上，由控制系統(tǒng)，根據(jù)貯箱2壓力、高壓氣瓶1出口壓力情況，智能控制兩路分支管32的每一路分支管32上安裝的氣路高速電磁閥7的開啟和關(guān)閉情況以及開啟時(shí)間長(zhǎng)度。

電動(dòng)機(jī)15驅(qū)動(dòng)泵12，相對(duì)于渦輪驅(qū)動(dòng)泵而言，具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、啟動(dòng)特性好、易于實(shí)現(xiàn)大范圍流量調(diào)節(jié)、增壓效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且減少了推進(jìn)劑的用量。

所述流量調(diào)節(jié)閥13用于改變氧化劑流量，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)控制塞錐位置，改變流動(dòng)通道喉部截面面積，從而改變氧化劑的流量。通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速和伺服電動(dòng)機(jī)塞錐位置的聯(lián)合調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)氧化劑按要求的流量和壓力供應(yīng)到推力室中。

本實(shí)施例一提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵輸送系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

控制系統(tǒng)采集貯箱2壓力，控制氣路高速電磁閥7的啟閉，高壓氣瓶1內(nèi)的高壓氣體經(jīng)由孔板6、氣路高速電磁閥7進(jìn)入貯箱2，控制系統(tǒng)通過(guò)控制氣路高速電磁閥7的啟閉，調(diào)整貯箱2的壓力，使貯箱2壓力滿足任務(wù)需求。

當(dāng)貯箱2壓力超過(guò)膜片閥11的破裂值時(shí)，膜片閥11破裂，貯箱2內(nèi)的氧化劑經(jīng)膜片閥11后，由電動(dòng)機(jī)15驅(qū)動(dòng)的泵12增壓，再由流量調(diào)節(jié)閥13控制流量，打開液路高速電磁閥14后，氧化劑按任務(wù)要求的流量和壓力供應(yīng)到推力室。

本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式輸送系統(tǒng)，采用電動(dòng)機(jī)15控制泵12的轉(zhuǎn)速和流量調(diào)節(jié)閥13，調(diào)節(jié)容易，能夠滿足大范圍流量變化調(diào)節(jié)下，氧化劑的精確流量、壓力輸送。

本發(fā)明尤其適用于小型運(yùn)載火箭上的固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式輸送系統(tǒng)，為國(guó)內(nèi)外首次提出應(yīng)用于固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的泵壓式輸送系統(tǒng)，能滿足高室壓燃燒室的要求。

本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式輸送系統(tǒng)，采用電動(dòng)機(jī)控制泵的轉(zhuǎn)速和流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)容易，能夠滿足大范圍流量變化調(diào)節(jié)下，氧化劑的精確流量、壓力輸送。

本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式輸送系統(tǒng)，高壓氣瓶?jī)?nèi)的擠壓氣體采用雙路孔板、雙路氣路高速電磁閥結(jié)構(gòu)，可靠性高、調(diào)壓精度可以通過(guò)孔板控制，有利于貯箱壓力的精確穩(wěn)定控制；

本發(fā)明固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)泵壓式輸送系統(tǒng)，通過(guò)采集各點(diǎn)的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)氧化劑供應(yīng)的閉環(huán)控制，大大提高了氧化劑輸送的流量、壓力控制精度。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。