变推力液体火箭发动机及液体火箭的制作方法
本发明涉及发动机设备，尤其涉及一种变推力液体火箭发动机及液体火箭。
背景技术：
1、随着航天技术的发展，对于火箭软着陆、空间对接及变轨等多采用变推力液体火箭发动机。目前中等推力到大推力范围均采用泵压式火箭发动机，对于泵压式火箭发动机，由于增加了增压装置，系统较复杂，成本高。液体火箭发动机中推力室喷注器多为固定状态，为保证高效燃烧，需要设置较大压降，推力调节涉及部组件较多，调节方案复杂，且调节范围受限。
技术实现思路
1、本发明提供一种变推力液体火箭发动机及液体火箭，用以解决相关技术中变推力液体火箭发动机调节范围有限，系统复杂成本高的缺陷。
2、本发明提供一种变推力液体火箭发动机，包括：针栓推力室、氧化剂电动泵、燃料电动泵及控制器，所述氧化剂电动泵和所述燃料电动泵均与所述控制器电连接，所述针栓推力室包括针栓喷注器及再生冷却喷管，所述针栓喷注器安装在所述再生冷却喷管上，所述针栓喷注器设有氧化剂通道及燃料通道，所述氧化剂通道的末端形成氧化剂喷孔，所述燃料通道的末端形成燃料喷孔，所述氧化剂电动泵的输出端与所述氧化剂通道连通，所述燃料电动泵的输出端通过所述再生冷却喷管与所述燃料通道连通，所述控制器通过控制所述氧化剂电动泵和所述燃料电动泵的转速调节所述变推力液体火箭发动机的推力。
3、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述针栓喷注器包括外套筒、针阀、内套筒及弹性件，所述外套筒固定于所述再生冷却喷管，所述氧化剂通道设置于所述内套筒，所述氧化剂喷孔位于所述内套筒的周向侧壁，所述内套筒插设在所述外套筒内，所述内套筒的外壁与所述外套筒的内壁之间形成安装间隙，所述针阀可移动卡装在所述安装间隙内，所述针阀与所述外套筒的内壁之间限定出所述燃料通道，所述弹性件的一端与所述针阀的顶端相连，另一端与所述外套筒固定连接，随着所述针阀在所述安装间隙内的移动，所述氧化剂喷孔和所述燃料喷孔的开度发生变化。
4、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述外套筒的内壁具有第一台阶面，所述内套筒的外壁具有第二台阶面，所述针阀具有相对设置的第三台阶面和第四台阶面，在所述第三台阶面与所述第一台阶面抵设的情况下，所述燃料喷孔和所述氧化剂喷孔均处于完全关闭的状态，在所述第二台阶面与所述第四台阶面抵设的情况下，所述燃料喷孔和所述氧化剂喷孔均处于完全打开的状态。
5、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述针阀包括锥台段及设置在所述锥台段的阀针，从靠近所述弹性件的一端向远离所述弹性件的一端，所述锥台段的横向截面面积逐渐缩小，所述外套筒的内壁具有抵推面，所述锥台段与所述抵推面抵设的情况下，所述阀针封堵所述氧化剂喷孔。
6、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述外套筒包括第一筒体及第二筒体，所述第一筒体固定于所述再生冷却喷管的外壁，所述第二筒体固定于所述再生冷却喷管的内壁，所述抵推面位于所述第二筒体，所述氧化剂喷孔位于所述第二筒体的外部，所述第二筒体与所述内套筒之间具有供所述阀针伸出的间隙。
7、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述氧化剂通道在所述内套筒的周向外壁形成多个所述氧化剂喷孔。
8、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述针阀与所述外套筒的内壁之间设有第一密封结构；和/或，所述针阀与所述内套筒的外壁之间设有第二密封结构。
9、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述氧化剂电动泵与所述针栓喷注器之间设有第一摇摆环节；和/或，所述燃料电动泵与所述再生冷却喷管之间设有第二摇摆环节。
10、根据本发明提供的一种变推力液体火箭发动机，所述氧化剂电动泵包括氧化剂电动机和氧化剂离心泵，所述氧化剂电动机和所述氧化剂离心泵为一体式设计；和/或，
11、所述燃料电动泵包括燃料电动机和燃料离心泵，所述燃料电动机和所述燃料离心泵为一体式设计。
12、本发明还提供一种液体火箭，包括箭体及如权上所述的变推力液体火箭发动机，所述变推力液体火箭发动机安装于所述箭体。
13、本发明提供的变推力液体火箭发动机及液体火箭，包括燃料电动泵、氧化剂电动泵和针栓推力室三个核心部件，省却了自动器，通过泵后压力的变化控制针栓推力室针阀滑动，实现流路的开闭及流阻调节，方案系统简单，有助于降低生产加工制造成本；无需涡轮和燃气发生器等高温部件，有利于发动机的重复使用和提高可靠性；控制器通过控制氧化剂电动泵和燃料电动泵转速实现两者的无级调节，可以辅助针栓推力室随工况自适应调节降压，实现发动机推力调节和混合比调节，适应各种工况。
技术特征：
1.一种变推力液体火箭发动机，其特征在于，包括：针栓推力室、氧化剂电动泵、燃料电动泵及控制器，所述氧化剂电动泵和所述燃料电动泵均与所述控制器电连接，所述针栓推力室包括针栓喷注器及再生冷却喷管，所述针栓喷注器安装在所述再生冷却喷管上，所述针栓喷注器设有氧化剂通道及燃料通道，所述氧化剂通道的末端形成氧化剂喷孔，所述燃料通道的末端形成燃料喷孔，所述氧化剂电动泵的输出端与所述氧化剂通道连通，所述燃料电动泵的输出端通过所述再生冷却喷管与所述燃料通道连通，所述控制器通过控制所述氧化剂电动泵和所述燃料电动泵的转速调节所述变推力液体火箭发动机的推力。
2.根据权利要求1所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述针栓喷注器包括外套筒、针阀、内套筒及弹性件，所述外套筒固定于所述再生冷却喷管，所述氧化剂通道设置于所述内套筒，所述氧化剂喷孔位于所述内套筒的周向侧壁，所述内套筒插设在所述外套筒内，所述内套筒的外壁与所述外套筒的内壁之间形成安装间隙，所述针阀可移动卡装在所述安装间隙内，所述针阀与所述外套筒的内壁之间限定出所述燃料通道，所述弹性件的一端与所述针阀的顶端相连，另一端与所述外套筒固定连接，随着所述针阀在所述安装间隙内的移动，所述氧化剂喷孔和所述燃料喷孔的开度发生变化。
3.根据权利要求2所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述外套筒的内壁具有第一台阶面，所述内套筒的外壁具有第二台阶面，所述针阀具有相对设置的第三台阶面和第四台阶面，在所述第三台阶面与所述第一台阶面抵设的情况下，所述燃料喷孔和所述氧化剂喷孔均处于完全关闭的状态，在所述第二台阶面与所述第四台阶面抵设的情况下，所述燃料喷孔和所述氧化剂喷孔均处于完全打开的状态。
4.根据权利要求2或3所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述针阀包括锥台段及设置在所述锥台段小径端的阀针，从靠近所述弹性件的一端向远离所述弹性件的一端，所述锥台段的横向截面面积逐渐缩小，所述外套筒的内壁具有抵推面，所述锥台段与所述抵推面抵设的情况下，所述阀针封堵所述氧化剂喷孔。
5.根据权利要求4所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述外套筒包括第一筒体及第二筒体，所述第一筒体固定于所述再生冷却喷管的外壁，所述第二筒体固定于所述再生冷却喷管的内壁，所述抵推面位于所述第二筒体，所述氧化剂喷孔位于所述第二筒体的外部，所述第二筒体与所述内套筒之间具有供所述阀针伸出的间隙。
6.根据权利要求2所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述氧化剂通道在所述内套筒的周向外壁形成多个所述氧化剂喷孔。
7.根据权利要求2所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述针阀与所述外套筒的内壁之间设有第一密封结构；和/或，所述针阀与所述内套筒的外壁之间设有第二密封结构。
8.根据权利要求1所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述氧化剂电动泵与所述针栓喷注器之间设有第一摇摆环节；和/或，所述燃料电动泵与所述再生冷却喷管之间设有第二摇摆环节。
9.根据权利要求1或8所述的变推力液体火箭发动机，其特征在于，所述氧化剂电动泵包括氧化剂电动机和氧化剂离心泵，所述氧化剂电动机和所述氧化剂离心泵为一体式设计；和/或，
10.一种液体火箭，其特征在于，包括箭体及如权利要求1至9任一项所述的变推力液体火箭发动机，所述变推力液体火箭发动机安装于所述箭体。
技术总结
本发明提供一种变推力液体火箭发动机及液体火箭，涉及发动机设备技术领域。前者包括针栓推力室、氧化剂电动泵、燃料电动泵及控制器，氧化剂电动泵和燃料电动泵均与控制器电连接，针栓推力室包括针栓喷注器及再生冷却喷管，针栓喷注器安装在再生冷却喷管上，针栓喷注器设有氧化剂通道及燃料通道，氧化剂通道的末端形成氧化剂喷孔，燃料通道的末端形成燃料喷孔，氧化剂电动泵的输出端与氧化剂通道连通，燃料电动泵的输出端通过再生冷却喷管与燃料通道连通，控制器通过控制氧化剂电动泵和燃料电动泵的转速调节推力。省却自动器，无需高温部件，结构简单，能降低制造成本；通过无级调节，辅助针栓推力室随工况自适应降压，适应各种工况。
技术研发人员：姜映福,刘百奇,刘建设
受保护的技术使用者：北京星河动力装备科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5