一种双向泵后摆液体火箭发动机的制作方法

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种双向泵后摆液体火箭发动机。

背景技术：

长征系列现役运载火箭发动机均采用主、副两套供给系统，其中主系统用于燃烧介质，产生发动机主推力，副系统用于推动涡轮泵向主系统产生源源不断的介质推动力。现有液体火箭发动机副系统的核心组件一般为燃气发生器和涡轮泵(涡轮部分)，工作原理为小流量推进剂在燃气发生器内燃烧产生富燃燃气，用富燃燃气推动涡轮泵高速转动，保证主系统介质的持续供给。

发动机副系统所使用的燃气发生器，类似一个小型的推力室，分为双组元和单组元两种，通常采用双组元燃气发生器，使用与推力室相同的推进剂。其设计方法、结构形式类似于推力室，但也有自身固有的一些特点，如燃气温度低，余氧系数采用偏离化学当量的余氧系数，集中燃烧和停留时间长等等，均是为了保证稳定燃烧，做功能力大及避免烧蚀涡轮叶片的目的。

使用燃气驱动泵的发动机，结构上必须引入副系统的一系列组件，如发生器、阀、管路、流量调节元件、泵的涡轮部分。由于副系统流量调节元件孔隙小，一旦有多余物进入便是不可估量的损失；另外对于使用发生器的开式循环发动机，流向副系统的介质也是损失的一部分能量。

技术实现要素：

为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种双向泵后摆液体火箭发动机，以简化发动机结构，使发动机推力调节更加简单直接且有效。

根据本发明的一个方面，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；所述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；

所述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。

根据本发明的至少一个实施方式，所述电驱泵模块包括泵和电机；所述泵和所述电机均与所述机架固定连接，所述电机的输出端直接与所述泵的输入端连接。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括常平座和推力室；所述常平座的上安装面与所述机架的承力面连接；所述常平座的下安装面与所述推力室的顶部连接；所述推力室的轴线与所述机架的轴线一致。

根据本发明的至少一个实施方式，所述常平座采用十字轴式双摆常平座。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括两个伺服机构，所述伺服机构的上支点连接所述机架，所述伺服机构的下支点连接所述推力室；且两个伺服机构在俯视角度的投影面上的投影相互正交。

根据本发明的至少一个实施方式，两个伺服机构在俯视角度的投影面上的投影分别与所述机架形成的其中一个象限区域的两个边线重合。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括主阀、排放阀、多个控制电磁阀和多个吹除单向阀；

多个控制电磁阀设置在所述机架的腹板上；所述主阀连接在所述推力室的介质进口处，多个吹除单向阀连接在待吹除部位的进口处，所述排放阀设置在所述机架的上平面。

根据本发明的至少一个实施方式，各个管路均沿发动机推力轴线布置；各个管路包括刚性管和柔性管；且所述常平座高度上下100mm范围内为柔性管，所述柔性管前后连接刚性管。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括用来与箭体对接的接口，所述接口均设置在所述机架的上平面。

根据本发明的至少一个实施方式，还包括点火器，所述点火器直接连接于所述推力室的头部。

本发明的双向泵后摆液体火箭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。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明液体火箭发动机的一种实施方式的示例性结构示意图。

图2是图1中所示液体火箭发动机的正视图。

图3是图1中所示液体火箭发动机的左视图。

图4是图1中所示液体火箭发动机的俯视图。

图5是本发明中机架的结构示意图。

图6是本发明中常平座的结构示意图。

附图标记说明：

1-推力室；2、3-泵；4、5-电机；6-主阀；7-管路；8-机架；81-腹板；9-伺服机构；10-点火器；11-吹除单向阀；12-控制电磁阀；13-排放阀；14-常平座；a-地面吹除口；b-预冷排放口；c-控制气源口；d-箭上吹除口；e-推进剂入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

在本发明的申请文件中，为便于描述液体火箭发动机各部件的安装位置和方向，以液体火箭发动机处于竖直方向正常工作状态为基准进行说明。

为了解决现有液体火箭发动机采用燃气驱动泵的发动机副系统存在的问题，本发明提出一种双向泵后摆液体火箭发动机，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。以下展开说明多种实施方式的示例性实施例。

根据本发明的一个方面，参见图1、图2、图3和图4所示的液体火箭发动机的示例性结构示意图。一种双向泵后摆液体火箭发动机，包括机架8和两个电驱泵模块。其中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。通过采用电驱泵模块来为主系统产生源源不断的介质推动力，取代了现有采用燃气发生器和涡轮泵向主系统持续供给介质的技术方案，可以简化发动机结构。

如图5所示，所述机架8具有四个延伸部，每个延伸部朝着一个方向水平向外延伸，四个延伸部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。为便于区分不同的象限区域，参照数学中对于坐标系象限的定义，右上部为第一象限区域，沿逆时针依次为二、三、四象限区域。机架8中心为中轴线，该中轴线与发动机的轴线重合，机架8的中部设有腹板81，腹板81用来安装其他零部件。

所述电驱泵模块固定连接在所述机架8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。也就是说相对于机架8的中轴线呈中心对称分布。例如分别安装在第二和第四象限区域。将电驱泵组件分布在机架8的两个对角象限布置，可以使发动机的重心较为平衡。

进一步的，电驱泵模块包括泵2、3和电机4、5；所述泵2、3和所述电机4、5均与所述机架8固定连接，所述电机4、5的输出端直接与所述泵2、3的输入端连接。采用电机4、5直接与泵2、3连接，效率更高，发动机推力调节的实时控制更加方便、准确。

进一步的，双向泵后摆液体火箭发动机还包括常平座14和推力室1。常平座14具有上下两个安装面，所述常平座14的上安装面与所述机架8的承力面连接。所述常平座14的下安装面与所述推力室1的顶部连接。也就是说，常平座14起到在机架8和推力室1之间的连接支撑作用，采用该结构允许推力室1相对于机架8双向摇摆；由于电机4、5和泵相对于机架8是固定的，因此该摆动结构形成了泵后双向摇摆结构，泵后指的是摇摆部分仅为泵后高压部分，结构上除主阀随推力室摆动外，其余所有组件均以机架为基础进行布局，不进行摇摆，因此发动机所需摇摆力矩小，对伺服机构9的要求较低。其中，所述推力室1的轴线与所述机架8的轴线一致。常平座14也可以叫常平架，是一个枢轴支撑，允许物体围绕单个轴旋转。可以使用一组三个万向架，一个以正交的枢转轴线安装在另一个上，允许安装在最内侧万向架上的物体保持独立于其支撑件的旋转。例如陀螺仪的支撑架。

进一步的，参见图6所示，常平座14可以采用十字轴式双摆常平座14。

在本发明一个实施方式中，双向泵后摆液体火箭发动机还包括两个伺服机构9，所述伺服机构9的上支点通过铰接与所述机架8连接，所述伺服机构9的下支点通过铰接与所述推力室1连接，通过伸长或缩短来调整推力室1摆动角度。且两个伺服机构9在俯视角度的投影面上的投影相互正交，以便分别使推力室1绕机架8的其中一个十字轴摆动。伺服机构9可以采用伺服液压缸或伺服电缸等，其作用是调节推力室1相对机架8的摆动角度。

进一步的，两个伺服机构9在俯视角度的投影面上的投影分别与所述机架8形成的其中一个象限区域的两个边线重合。例如其中一个伺服机构9的投影与第三象限区域的边线重合，另一个伺服机构9的投影与第三象限区域的另一边线重合。

在本发明一个实施方式中，双向泵后摆液体火箭发动机还包括主阀6、排放阀13、多个控制电磁阀12和多个吹除单向阀11。各个阀之间通过相应的管路7连接。吹除单向阀11与吹除管路直连；排放阀13与排放管路直连，固定在机架8的上平面；控制电磁阀12与控制气路直连，固定于机架的腹板81上。

多个控制电磁阀12设置在所述机架8的腹板81上；所述主阀6连接在所述推力室1的介质进口处，多个吹除单向阀11连接在待吹除部位的进口处，所述排放阀13设置在所述机架8的上平面。

进一步的，经过常平座14(摇摆环节)的各个管路7均沿发动机推力轴线布置；各个管路7包括刚性管部分(例如刚性管和刚性接头)和柔性管部分(例如金属软管)。对于单根管路，常平座高度上下100mm范围内为柔性管，柔性管前后连接刚性管，刚性管用卡箍固定于推力室或机架。由于管路7连接的既有与机架8相对固定的部件，也有与机架8相对摆动的部件(如推力室1)，因此，各个管路7设计成采用沿发动机轴向刚性、柔性结合的管路7覆盖整个摇摆环节范围，提高了发动机管路7对振动的抵抗。

进一步的，双向泵后摆液体火箭发动机还包括用来与箭体对接的接口，所述接口均设置在所述机架8的上平面(例如机架8的顶面上)，方便与箭体对接。如图4所示，机架8的上平面还设置有地面吹除口a、预冷排放口b、控制气源口c、箭上吹除口d和推进剂入口e。

进一步的，双向泵后摆液体火箭发动机还包括点火器10，所述点火器10直接连接于所述推力室1的头部，点燃经过头部进入燃烧室或燃气发生器的主推进剂混合物。

通过生产总装了一种20kn电驱泵发动机样机并成功进行了连续变工况试车，可实现泵后双向大角度摇摆，连接可靠，摇摆有效，并已经过额定工况热式车考核，试车后检查发动机无异常，填补了我国电驱泵液体火箭发动机在工程领域的实战空白。

综上所述，本发明的液体火箭发动机发动机整机具有如下优点：

(1)采用电驱动泵，省去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.

(2)电驱泵模块采用泵与电机4、5直连，效率高，发动机推力调节实时控制方便准确。

(3)发动机机架8采用一种简易梁式机架8，简单可靠，并可重复使用。

(4)发动机常平座14设计为一种十字轴式双摆常平座14，可进行大幅度摆动。

(5)发动机摇摆管路7的布局处理打破传统教科书式的两处以上摇摆环节的布置，采用沿发动机轴向刚性、柔性结合的管路7覆盖整个摇摆环节范围，提高了发动机管路7对振动的抵抗。

(6)发动机整体采用泵后摆方案，除主阀6随推力室1摆动外，其余组件均以机架8为基础进行布局，发动机摆动力矩较低。

(7)电驱泵组件分在机架8两个对角象限布置，发动机重心较为平衡。

(8)发动机整机预包装完整，射前准备工作极少，发动机自身结构设置地面转箭上吹除系统，方便火箭临射前保障工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。