一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置的制作方法

本发明涉及发动机，具体涉及一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置。

背景技术：

1、液体火箭发动机系统，主要分为泵压式和挤压式，两者都离不开各类高压气体工质。例如液体火箭的推进剂储箱增压、阀门控制、涡轮泵密封、开关机吹除的工作过程，都需要氮气、氢气这类高压气体保证相关组件的正常工作。

2、启动点火系统中，气瓶启动的液体火箭发动机，如某国的rd-8采用高压容器存储的气体吹动启动涡轮，带动同轴的液氧泵和煤油泵，强迫发动机启动工作。当发动机推力较大，需要多次启动时，气瓶结构质量较大。在吹除系统中，则需要高压氮气或氦气对燃料路和发动机内壁进行吹除。在增压系统中，液氧箱的增压方案有四种：氮气增压、氦气增压、液氧蒸发器增压和富氧燃气增压。某国的rd-107发动机采用氮气加热增压方案对液氧储箱进行增压。某国土星火箭的f-1发动机的液氧箱采用液氧汽化加热后的气氧自身增压。煤油箱增压可以采用氮气增压方案(rs-27发动机)。但无论是液氧箱还是煤油箱，高压气体的加热工质均为富氧燃气。在调节系统中，液氧主阀、煤油阀这些阀门控制组件广泛采用高压氮气或氦气驱动和调节；液体火箭发动机的涡轮泵工作时，离心泵出口的高压推进剂经过密封组件的层层减压，仍然会有少量流体工质泄漏；一般采用高压氮气或氦气对泄漏流道进行吹除，避免液氧与煤油接触燃烧，破坏涡轮泵结构。

3、现有的增压方式主要为：挤压式系统和泵压式系统，挤压式系统采用携带惰性气体方式，直接向贮箱内供应维持推力室工作所需的高压气体，这就需要额外的高压液氮贮存和供应单元，因此导致结构本身呆重较大，增压气体本身也不参与反应，从而降低了系统的综合效率；尤其采用低温组源的泵压式系统，可将泵后的低温推进剂送入换热器加热汽化后得到贮箱增压工质，形成闭环的自身增压系统，由于容积泵的压力提升功能，系统得以维持压力平衡，持续运转；即泵压系统存在高速旋转组件，系统复杂，因此占用空间比较大。

4、因此，需要提供一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，通过本发明的增压装置对低温液体快速加热汽化生成高压气体，既适用于组建液体火箭发动机地面试验系统，又适用于火箭升空工作时提供稳定高压气源，以解决现有的泵压系统存在高速旋转组件，系统复杂，因此占用空间比较大的问题。

2、本发明的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置采用如下技术方案：包括：

3、集液瓶，其进口与液氮管道连通，且进口上设置有入口单向阀；

4、集气管路，其一端连接在入口单向阀与集液瓶之间的液氮管道上，其另一端通过出口单向阀与高压容器连通，且集气管路上还设置有排气阀；

5、集液管路，其一端连接在集液瓶的出口，其另一端连接集气管路上；

6、以及加热单元，设置在集液管路上，用于对集液管路中的液氮进行加热。

7、优选地，加热单元包括：

8、加热外壳，其内设置有多个加热腔；

9、电加热棒，设置在加热腔内，且电加热棒外周包覆有导热工质层；

10、以及螺线管，绕设在电加热棒的导热工质层外周；

11、其中，集液管路穿设在螺线管中。

12、优选地，其中，集液管路包括一个主管路，主管路连接有多个支管路，支管路的数量和加热腔的数量相同，每个支管路绕设在对应的加热腔的电加热棒的导热工质层外周。

13、优选地，加热单元包括多个，且每个加热单元串联设置或者并联设置，其中，串联设置时每两个相邻的加热单元之间的集气管路上设置有一个排气阀，加热单元的出口通过出口单向阀与下一个加热单元的螺线管的进口连通，最后一个加热单元的集气管路出口通过一个出口单向阀与高压容器连通；并联设置时所有加热单元上的螺线管出口均连接到集气管路上。

14、优选地，导热工质层的材料为锡金属。

15、优选地，多个加热腔中，其中一个加热腔设置在加热外壳内部的中心，其余的加热腔绕中心的加热腔均布设置在加热外壳内部；或者多个加热腔分为两层设置在加热外壳内部，或者多个加热腔排列为一层设置在加热外壳内部。

16、优选地，集液瓶、集气管路、集液管路、螺线管和加热外壳均一体成型。

17、优选地，高压容器为高压气瓶。

18、本发明的有益效果是：

19、1、本发明和现有技术的燃气换热增压相比，本发明的增压装置能对低温液体快速加热汽化生成高压气体，且增压装置不需要高压液氮容器或者大功率容积泵，同时结合排气阀、进口单向阀、出口单向阀，实现低压加注液氮过程，从而简化液体火箭发动机产品和试验系统复杂度，使得装置总体体积小、质量轻；既适用于组建液体火箭发动机地面试验系统，又适用于火箭升空工作时提供稳定高压气源。

20、2、本发明的电热汽化增压装置的加热单元可以自由并联串联，实现不同的增压强度需求和分级增压，从而满足多样化增压气源的设计指标，尤其适用于多种液体工质汽化增压，满足液体火箭发动机系统不同储箱的增压作业；其次，本发明采用金属锡作为导热工质，增压装置关机状态下，金属锡冷却为固体，增压装置工作过程中，金属锡融化形成熔融锡液体，增大换热效率。

技术特征：

1.一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，加热单元(4)包括：

3.根据权利要求2所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，其中，集液管路(3)包括一个主管路，所述主管路连接有多个支管路，所述支管路的数量和加热腔(4-3)的数量相同，每个支管路绕设在对应的加热腔(4-3)的电加热棒(4-5)的导热工质层(4-4)外周。

4.根据权利要求2所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，加热单元(4)包括多个，且每个加热单元(4)串联设置或者并联设置。

5.根据权利要求4所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，其中，串联设置时每两个相邻的加热单元(4)之间的集气管路(5)上设置有一个排气阀(6)，加热单元(4)的出口通过出口单向阀(7)与下一个加热单元(4)的螺线管(4-2)的进口连通，最后一个加热单元(4)的集气管路(5)出口通过一个出口单向阀(7)与高压容器连通。

6.根据权利要求4所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，并联设置时所有加热单元(4)上的螺线管(4-2)出口均连接到集气管路(5)上。

7.根据权利要求2所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，导热工质层(4-4)的材料为锡金属。

8.根据权利要求2所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，多个加热腔(4-3)中，其中一个加热腔(4-3)设置在加热外壳(4-1)内部的中心，其余的加热腔(4-3)绕中心的加热腔(4-3)均布设置在加热外壳(4-1)内部；或者多个加热腔(4-3)分为两层设置在加热外壳(4-1)内部；或者多个加热腔(4-3)排列为一层设置在加热外壳(4-1)内部。

9.根据权利要求1所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，集液瓶(2)、集气管路(5)、集液管路(3)、螺线管(4-2)和加热外壳(4-1)均一体成型。

10.根据权利要求1所述的一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，其特征在于，所述高压容器为高压气瓶。

技术总结
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种用于液体火箭发动机的模块化设计电热汽化增压装置，包括：集液瓶、集气管路、集液管路以及加热单元；其中，集液瓶的进口与液氮管道连通，集液瓶上设置有入口单向阀；集气管路的一端连接在液氮管道上，集气管路的另一端通过出口单向阀与高压容器连通，且集气管路上还设置有排气阀；集液管路的一端连接在集液瓶的出口，液管路的另一端连接在集气管路上，加热单元设置在集液管路上，用于对集液管路中的液氮进行加热。本发明的电热汽化增压装置不需要高压液氮容器或者大功率容积泵，简化液体火箭发动机产品和试验系统复杂度。

技术研发人员：刘红军,东方冕,寇俊辉
受保护的技术使用者：陕西天回航天技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30