全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统的制作方法

本发明属于发动机设计领域，涉及全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统。

背景技术：

1、全流量补燃循环发动机包含由富氧燃气发生器和氧化剂主涡轮泵组成的富氧系统、富燃燃气发生器和燃料主涡轮泵组件的富燃系统，以及推力室等组件组成。液氧经过泵后直接流入富氧发生器和富燃发生器，燃料泵出口的小部分燃料直接流入富氧发生器和液氧燃烧，而大部分需要流过大容积、大流阻推力室冷却套后进入富燃发生器和液氧燃烧，并且低温燃料还会在大容积、大流阻的冷却套内大量气化，富燃发生器燃料充填过程缓慢。富燃发生器燃料供应缓慢，一方面容易导致富燃发生器内出现混合比的偏离、燃烧产生高温、烧蚀富燃发生器，一方面富燃发生器燃气流量低，做功能力增速低于富氧系统，容易出现富氧系统爬升速率快于富燃系统，导致起动过程的失败。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，实现了起动过程燃料系统加速充填，解决起动过程富燃发生器易高温燃烧、燃料系统爬升速率滞后于氧系统等问题，保证发动机正常起动。

2、本发明解决技术的方案是：

3、全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，包括富氧发生器、氧泵涡轮、氧泵、液氧主阀、液氧副阀、燃料副阀、富燃发生器、燃料泵涡轮、燃料泵、燃料主阀、燃料截止阀、推力室；

4、其中，推力室竖直设置；氧泵和燃料泵对称设置在推力室的两侧；氧泵上设置有氧化剂入口；氧泵涡轮与氧泵连接；氧泵通过管路分别与液氧主阀的输入端、液氧副阀的输入端连通；液氧主阀的输出端与富氧发生器的输入端连通；液氧副阀的输出端与富燃发生器的输入端连通；富氧发生器的输出端经氧泵涡轮后与推力室连通；燃料泵上设置有燃料入口；燃料泵涡轮与燃料泵连通；燃料泵出口经燃料主阀后，分为两路；其中一路与推力室连通；另一路与燃料副阀的输入端连通；燃料副阀的输出端与富氧发生器的输入端连通；推力室设置有2个输出端，2个输出端汇合后与燃料截止阀的输入端连通；燃料截止阀的输出端与富燃发生器的输入端连通；富燃发生器的输出端经燃料泵涡轮后与推力室连通；燃料涡轮上设置有氦气驱动气源接口。

5、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，控制系统的工作过程为：

6、t0时刻，外部液氧通过氧泵的氧化剂入口进入，流动至液氧主阀入口；燃料通过燃料泵的燃料入口进入，流动至燃料主阀入口；

7、t1时刻，打开燃料泵涡轮上的氦气驱动气源接口，外部高压氦气进入，燃料泵涡轮起旋达到稳定，燃料泵产生正扬程；

8、t2时刻，打开燃料主阀；在燃料泵正扬程的驱动下，燃料进行分流流动；其中一路燃料进入推力室冷却套，对推力室冷却套进行预冷，燃料随后流出冷却套，流动至燃料截止阀入口；高压氦气使得管路压力高，有效降低燃料沸腾；另外一路燃料流动至燃料副阀入口；

9、t3时刻，打开与富氧发生器连通的液氧主阀和燃料副阀；液氧和燃料流入富氧发生器，点火产生富氧燃气，随后驱动氧泵涡轮；富氧燃气驱动涡轮泵后，流入推力室；

10、打开与富燃发生器连通的液氧副阀、燃料截止阀；液氧和燃料流入富氧发生器，点火产生富燃燃气，随后驱动燃料泵涡轮；富燃燃气驱动燃料泵涡轮后，流入推力室；

11、富氧燃气和富燃燃气在推力室内燃烧，产生推力。

12、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，所述t1时刻时，通过高压氦气进入，实现对燃料泵涡轮的强迫起动，保证流量供应稳定，有益于推力室大容腔稳定充填。

13、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，所述t2时刻时，通过提前打开燃料主阀，实现加速推力室大容腔充填，有益于推力室大容腔快速充填。

14、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，通过液氧主阀、燃料副阀、燃料主阀和液氧副阀4路阀门的动态调节控制，实现控制灵活、精准，并保证富燃系统和富氧系统转速、压力匹配爬升，确保发生器内、推力室内不出现破坏性高温。

15、全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，包括富氧发生器、氧泵涡轮、氧泵、液氧主阀、液氧副阀、燃料副阀、富燃发生器、燃料泵涡轮、燃料泵、燃料主阀、燃料截止阀、预冷排放阀、推力室；

16、其中，推力室竖直设置；氧泵和燃料泵对称设置在推力室的两侧；氧泵上设置有氧化剂入口；氧泵涡轮与氧泵连接；氧泵通过管路分别与液氧主阀的输入端、液氧副阀的输入端连通；液氧主阀的输出端与富氧发生器的输入端连通；液氧副阀的输出端与富燃发生器的输入端连通；富氧发生器的输出端经氧泵涡轮后与推力室连通；燃料泵上设置有燃料入口；燃料泵涡轮与燃料泵连通；燃料泵出口经燃料主阀后，分为两路；其中一路与推力室连通；另一路与燃料副阀的输入端连通；燃料副阀的输出端与富氧发生器的输入端连通；推力室设置有2个输出端，2个输出端汇合后分别与燃料截止阀的输入端、预冷排放阀的连通；燃料截止阀的输出端与富燃发生器的输入端连通；富燃发生器的输出端经燃料泵涡轮后与推力室连通。

17、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，控制系统的工作过程为：

18、t0时刻，外部液氧通过氧泵的氧化剂入口流入，流动至液氧主阀入口；外部燃料通过燃料泵的燃料入口流入，流动至燃料主阀入口；

19、t1时刻，打开燃料主阀，燃料进行分流流动，其中一路燃料进入推力室冷却套，对推力室冷却套进行预冷，燃料随后流出冷却套，经预冷排放阀排向外界，完成对推力室冷却套低温预冷；另外一路燃料流动至燃料副阀入口；

20、t2时刻，打开与富氧发生器连接的液氧主阀和燃料副阀，液氧和燃料流入富氧发生器，点火产生富氧燃气，随后驱动氧涡轮泵；富氧燃气驱动涡轮泵后，流入推力室；

21、打开与富燃发生器连接的液氧副阀、燃料截止阀，液氧和燃料流入富氧发生器，点火产生富燃燃气，随后驱动燃料涡轮泵；富燃燃气驱动涡轮泵后，流入推力室；

22、富氧燃气和富燃燃气在推力室内燃烧，产生推力。

23、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，所述t1时刻时，通过提前打开燃料主阀，实现加速推力室大容腔充填，有益于推力室大容腔快速充填。

24、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，通过液氧主阀、燃料副阀、燃料主阀和液氧副阀4路阀门的动态调节控制，实现控制灵活、精准，并保证富燃系统和富氧系统转速、压力匹配爬升，确保发生器内、推力室内不出现破坏性高温。

25、在上述的全流量补燃循环发动机点火匹配控制系统，所述t0时刻、t1时刻、t2时刻、t3时刻为按时序排列，相邻两个时刻的时间间隔根据需求设定。

26、本发明与现有技术相比的有益效果是：

27、(1)本发明的富燃系统涡轮泵高压气体驱动、富氧系统不驱动的非对称驱动方式；高压充填保证低温燃料在推力室内充填的稳定供应，有效降低推进剂沸腾程度，降低推进剂损耗；

28、(2)本发明的冷却套出口、入口可调节燃料主阀和燃料截止阀双阀门设计，提前推力室冷却套充填；

29、(3)本发明的富氧系统、富燃系统四路阀门动态调节保证起动过程富氧系统和富燃系统流量匹配；

30、(4)本发明在燃料截止阀前设置预冷排放阀，提前进行推力室冷却套预冷排放，低温燃料提前完成推力室预冷，排除沸腾推进剂，保证流量稳定供应。