連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭的工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭工作方法涉及屬于航空及航天技術(shù)領(lǐng)域。用于未來(lái)空天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及空天飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，美國(guó)宇航局研制的X-43A超音速實(shí)驗(yàn)飛機(jī)，成功完成了速度約為10馬赫(即每小時(shí)11260公里)的試驗(yàn)飛行。這一速度創(chuàng)下了新的世界紀(jì)錄。
【背景技術(shù)】
[0002]高超音速飛行時(shí)(Ma>6.0)，進(jìn)氣道出口溫度迅速增加，例如飛行馬赫數(shù)Ma = 6.0,燃燒室進(jìn)口的馬赫數(shù)若仍然限制在Ma = 0.2左右時(shí)，則相應(yīng)的氣流溫度大約為1600K，飛行馬赫數(shù)Ma = 10時(shí)，氣流在燃燒室進(jìn)口的溫度可高達(dá)3600K。這樣高的溫度，氣流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壁面的單位熱流量很大；燃燒室進(jìn)口空氣的溫度很高，燃料燃燒所放出熱量的相當(dāng)一部分可能消耗在燃燒產(chǎn)物的離解上，使燃燒效率很低；進(jìn)氣道和尾噴管中氣流的壓力變化很大，氣流動(dòng)能損失會(huì)很大；由于尾噴管進(jìn)口與出口的壓力比很大，且燃?xì)庠谄渲型Ａ舻臅r(shí)間太短，離解的產(chǎn)物來(lái)不及復(fù)合，離解所消耗的熱量收回的很少。上述因素都說(shuō)明，高超音速飛行時(shí)如果仍然采用亞音速燃燒，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能將嚴(yán)重的惡化，若飛行馬赫數(shù)Ma = 10，采用煤油作燃料的亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)將不能產(chǎn)生推力。如果減小氣流在進(jìn)氣道中的減速增壓程度，使進(jìn)氣道出口保持超聲速流動(dòng)，同時(shí)使燃燒室的整個(gè)燃燒過(guò)程都在超音速條件下進(jìn)行，就有可能減小向發(fā)動(dòng)機(jī)壁面的熱流；減小進(jìn)氣道和尾部噴管中的動(dòng)能損失；減小燃燒產(chǎn)物離解所造成的熱能損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭由頭部小火箭1、內(nèi)吸氣涵道2 (或外吸氣涵道3)、吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴(kuò)散管6、燃燒室7、閥門8、點(diǎn)火處9、燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11、內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12、制氧沖壓吸氣管13制氧設(shè)備、非氧排出管14、非氧排出管15、沖壓吸氣管理工作16，連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭可以在零速起飛、主動(dòng)吸氣是靠頭部小火箭驅(qū)動(dòng)射流吸氣裝置完成的，速度使迎面過(guò)來(lái)的空氣壓力能夠滿足沖壓條件時(shí)，進(jìn)入沖壓吸氣方式(驅(qū)動(dòng)主動(dòng)吸氣的頭部小火箭停止工作)、，當(dāng)速度使迎面過(guò)來(lái)的空氣壓力能夠達(dá)到制氧條件時(shí)，可以制氧，進(jìn)入太空飛行使用傳統(tǒng)液氫及液氧燃燒方式、在太空工作完畢后頭部小火箭再一次點(diǎn)火，啟動(dòng)爆轟沖壓火箭返回地面，此火箭是可以反復(fù)使用的，由于火箭的推進(jìn)劑是炸藥，因此可以使火箭的速度達(dá)到高超聲速飛行。
[0004]連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭的工作原理簡(jiǎn)而言之:就是將炸藥爆炸強(qiáng)度在可控制的狀態(tài)下作為沖壓制氧火箭(已審報(bào)專利，在進(jìn)行中)的推進(jìn)劑，使火箭能以超高聲速飛行。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1是內(nèi)沖壓吸氣涵道連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭圖，如圖所示:4根內(nèi)吸氣涵道2，從頭部小火箭I的前方穿入頭部小火箭I的內(nèi)部至吸氣室4，這四根內(nèi)吸氣涵道是從頭部小火箭I內(nèi)部穿過(guò)的，使火箭飛行速度達(dá)到某個(gè)值時(shí)，將不同種類的液體及固體炸藥、氧化劑及催化劑通過(guò)燃料加注點(diǎn)(a) 10及燃料加注點(diǎn)(b) 11加入，被加入的物料及空氣在擴(kuò)散管中混合，并在點(diǎn)火處9點(diǎn)火，被引爆的火箭推進(jìn)劑，在擴(kuò)散管尾部調(diào)整至初始爆炸狀態(tài)，噴入火箭燃燒室7爆炸達(dá)到最大值，當(dāng)火箭的速度產(chǎn)生的壓力能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，將頭部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的傳統(tǒng)火箭)，開(kāi)啟沖壓吸氣管16上的閥門8，空氣被沖壓至擴(kuò)散管大喇叭口處與擴(kuò)散管中的爆轟物料混合(根據(jù)需要可在沖壓吸氣管的空氣進(jìn)入管口處加注火箭推進(jìn)劑)，匯入擴(kuò)散管大喇叭口的爆轟物料噴入燃燒室7，爆震波推動(dòng)火箭飛行。當(dāng)火箭的速度，產(chǎn)生的沖壓壓力能夠滿足氧氣制造的壓力時(shí)，開(kāi)啟制氧吸氣管13上的閥門8，空氣進(jìn)入制氧設(shè)備14制造氧氣，制造氧氣后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管15(開(kāi)啟非氧排出管上的閥門8)經(jīng)火箭尾部喇叭口排出。
[0006]圖2是內(nèi)、外沖壓吸氣涵道連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭圖，如圖所示:空氣通過(guò)4根內(nèi)沖壓吸氣涵道2和外沖壓吸氣涵道3進(jìn)入擴(kuò)散管6，沖壓內(nèi)吸氣涵道由頭部小火箭I的前方穿入頭部小火箭I的內(nèi)部至吸氣室4 (吸氣室4與外吸氣涵道3溶合)，這四根內(nèi)吸氣涵道是從頭部小火箭I內(nèi)部穿過(guò)的，火箭飛行速度達(dá)到某個(gè)值時(shí)，將不同種類的液體及固體炸藥、氧化劑及催化劑通過(guò)燃料加注點(diǎn)(a) 10及燃料加注點(diǎn)(b)ll加入，被加入的火箭推進(jìn)劑及空氣在擴(kuò)散管中混合，并在點(diǎn)火處9點(diǎn)火，被引爆的火箭推進(jìn)劑，在擴(kuò)散管尾部調(diào)整至初始爆炸狀態(tài)，噴入火箭燃燒室7爆炸調(diào)整至最大爆炸值，當(dāng)連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭飛行的速度，能夠滿足沖壓條件時(shí)，將頭部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的傳統(tǒng)火箭)，開(kāi)啟沖壓吸氣管16上的閥門8，空氣被沖壓至擴(kuò)散管6大喇叭口處中部與擴(kuò)散管中的爆轟物料混合(根據(jù)需要可在沖壓吸氣管16的空氣進(jìn)入管口處加注火箭推進(jìn)劑)匯入擴(kuò)散管大喇叭口的火箭推進(jìn)劑噴入燃燒室7 (進(jìn)入燃燒室7爆炸達(dá)到最大值)，爆震波推動(dòng)火箭飛行。當(dāng)連續(xù)爆轟沖壓火箭飛行的速度，產(chǎn)生的沖壓壓力能夠滿足氧氣制造的壓力時(shí)，開(kāi)啟制氧吸氣管的閥門8，被沖壓的空氣進(jìn)入制氧設(shè)備14制造氧氣，制造氧氣后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管15(開(kāi)啟非氧排出管上的閥門8)經(jīng)火箭尾部喇叭口排出。
[0007]圖3是外沖壓吸氣涵道連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭圖，如圖所示:此火箭只有外吸氣涵道3。當(dāng)火箭飛行速度達(dá)到某個(gè)值時(shí)，將不同種類的液體及固體炸藥、氧化劑及催化劑通過(guò)燃料加注點(diǎn)(a)10及燃料加注點(diǎn)(b) 11加入，被引爆的火箭推進(jìn)劑，在擴(kuò)散管尾部調(diào)整至初始爆炸狀態(tài)，噴入火箭燃燒室7爆炸達(dá)到最大值，當(dāng)火箭的速度產(chǎn)生的壓力能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，將頭部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的傳統(tǒng)火箭)，開(kāi)啟沖壓吸氣管16上的閥門8，空氣被沖壓至擴(kuò)散管大喇叭口處與擴(kuò)散管中的爆轟物料混合(根據(jù)需要可在沖壓吸氣管的空氣進(jìn)入管口處加注火箭推進(jìn)劑)，匯入擴(kuò)散管大喇叭口的爆轟物料噴入燃燒室7，爆震波推動(dòng)火箭飛行。當(dāng)火箭的速度，產(chǎn)生的沖壓壓力能夠滿足氧氣制造的壓力時(shí)，開(kāi)啟制氧吸氣管13上的閥門8，空氣進(jìn)入制氧設(shè)備制造氧氣，制造氧氣后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管15(開(kāi)啟非氧排出管上的閥門8)經(jīng)火箭尾部喇叭口排出。
[0008]圖4是樹(shù)枝狀沖壓內(nèi)吸氣涵道連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭圖，如圖所示，先由I根內(nèi)吸氣涵道2從頭部小火箭I (需要提供火箭燃料及液氧的傳統(tǒng)火箭)前方正中央穿入頭部小火箭I內(nèi)部至尾部正中央穿出，另外的4根沖壓內(nèi)吸氣涵道2由頭部小火箭I前方中心外側(cè)穿入頭部小火箭I內(nèi)部，并在頭小火箭內(nèi)部交于正中央沖壓內(nèi)吸氣涵道2上，以樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)在頭部小火箭內(nèi)部構(gòu)成吸氣涵道，頭部小火箭I尾部拉瓦爾噴嘴(5)群，設(shè)在沖壓內(nèi)吸氣涵道周圍的頭部小火箭I尾部環(huán)形壁，拉瓦爾噴嘴(5)群的火焰噴射以漏斗狀交于一點(diǎn)，交點(diǎn)的中心點(diǎn)軸向與頭部小火箭正中央內(nèi)吸氣涵道軸向重合，在此過(guò)程漏斗中會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓是第一次吸氣，射入擴(kuò)散管后產(chǎn)生真空為第二次吸氣。此設(shè)計(jì)有拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(美國(guó)工程師玩法，乒乓球?qū)⑵古仪蚺膿羲?。網(wǎng)上有此資料)。當(dāng)火箭飛行(這時(shí)的火箭飛行，是需要頭部小火箭工作的)速度達(dá)到某個(gè)值時(shí)，將不同種類的液體及固體炸藥、氧化劑及催化劑通過(guò)燃料加注點(diǎn)(a) 10及燃料加注點(diǎn)(b) 11加入，空氣與火箭炸藥充分混合，在處點(diǎn)火處9點(diǎn)火，引爆的與空氣混合的炸藥調(diào)整至初始爆炸狀態(tài)，噴入火箭燃燒室7爆炸達(dá)到最大值，當(dāng)連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭飛行的速度，能夠滿足沖壓條件時(shí)，將頭部小火箭工作停止(是需要使用液氧及火箭燃料的傳統(tǒng)火箭)，開(kāi)啟沖壓吸氣管16上的閥門8，空氣被沖壓至擴(kuò)散管6大喇叭口處中部與擴(kuò)散管中的爆轟物料混合(根據(jù)需要可在沖壓吸氣管16的空氣進(jìn)入管口處加注火箭推進(jìn)劑)匯入擴(kuò)散管大喇叭口的火箭推進(jìn)劑噴入燃燒室7 (進(jìn)入燃燒室7爆炸達(dá)到最大值)，爆震波推動(dòng)火箭飛行。當(dāng)連續(xù)爆轟沖壓火箭飛行的速度，產(chǎn)生的沖壓壓力能夠滿足氧氣制造的壓力時(shí)，開(kāi)啟制氧吸氣管的閥門8，被沖壓的空氣進(jìn)入制氧設(shè)備14制造氧氣，制造氧氣后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧排出管15(開(kāi)啟非氧排出管上的閥門8)經(jīng)火箭尾部喇叭口排出。
[0009]圖5是連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭設(shè)備、部件明細(xì)表圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]連續(xù)爆轟沖壓制氧火箭工作方法設(shè)備及部件的組成，由頭部小火箭1、內(nèi)吸氣涵道2 (或外吸氣涵道3)、吸氣