多级脉冲增压火箭发动机、火箭以及火箭回收系统
本申请实施例提供一种多级脉冲增压火箭发动机，包括多级推力室、推进剂、传动单元、压缩单元、副燃烧室，推进剂进入副燃烧室燃烧，产生的气体进入传动单元，传动单元将热能转化为机械能，为压缩单元提供动力，压缩单元将推进剂以及副燃烧室产生的高温废气混合压缩，有效回收废气热量，不会造成能效损耗，通过冷却通路进入推力室点燃，多个推力室能够产生更大的推进力、降低单个推力室的热载荷；一种火箭以及火箭回收系统，包括陀螺仪、控制系统、处理器、动力调整装置、信号接收器以及信号发射器，能够监测火箭的实时空间位置坐标与姿态参数，并通过控制系统对火箭的速度以及姿态进行实时调整，使其沿降落轨迹降落到指定地点，实现火箭回收。
发明专利
CN202311662975.6
2023-12-06
CN117514518A
2024-02-06
F02K9/44(2006.01)
山西昀浓科技有限责任公司
黄燕青
048000 山西省晋城市开发区白水东街二圣头4区77号楼1单元101室
太原九得专利代理事务所(普通合伙)
张阳阳
山西;14
1.一种多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，包括依次相连的一级推力室、二级推力室……n-1级推力室、n级推力室，所述推力室(10)包括喷管(101)以及设置于喷管(101)上方的主燃烧室(102)，所述n-1级推力室的喷管(101)与n级推力室的主燃烧室(102)相连；还包括燃料仓(20)、氧化剂仓(30)、传动单元(40)、压缩单元(50)以及副燃烧室(60)，所述燃料仓(20)以及氧化剂仓(30)与副燃烧室(60)的输入端相连，所述副燃烧室(60)的输出端与传动单元(40)的输入端相连，所述传动单元(40)的动力输出端与所述压缩单元(50)的动力输入端相连；所述传动单元(40)的输出端与压缩单元(50)的输入端相连，所述燃料仓(20)以及氧化剂仓(30)与压缩单元(50)的输入端相连，所述压缩单元(50)的输出端通过冷却通路(103)后与主燃烧室(102)相连。 2.根据权利要求1所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，所述副燃烧室(60)包括第一副燃烧室(601)以及第二副燃烧室(602)，所述传动单元(40)包括上层传动室(401)以及下层传动室(402)，上层传动室(401)以及下层传动室(402)均包括密封壳体(403)，所述密封壳体(403)上开设有输入端以及输出端，所述第一副燃烧室(601)进行充分燃烧，所述第二副燃烧室(602)进行不充分燃烧，所述第一副燃烧室(601)的输出端与下层传动室(402)的输入端相连，所述第二燃烧室(602)的输出端与上层传动室(401)的输入端相连，所述密封壳体(403)内水平设置有可转动的涡轮扇(404)，所述涡轮扇(404)包括中空内筒(405)，所述中空内筒(405)的外壁设置有叶片(406)，所述中空内筒(405)的内壁设置有一圈齿条(407)，所述中空内筒(405)内部设置有四根贯穿上下两层传动室的传动轴(408)，每根传动轴(408)上均设置有与齿条(407)相啮合的齿轮(409)，所述传动轴(408)的顶端穿过上层传动室(401)后与压缩单元(50)的动力输入端相连。 3.根据权利要求2所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，所述压缩单元(50)包括燃料压缩机组(501)以及氧化剂压缩机组(502)，所述燃料压缩机组(501)的输入端与燃料仓(20)以及上层传动室(401)的输出端相连，所述氧化剂压缩机组(502)的输入端与氧化剂仓(30)以及下层传动室(402)的输出端相连；推力室(10)内，所述燃料压缩机组(501)的输出端通过冷却通路(103)后与主燃烧室(102)相连、所述氧化剂压缩机组(502)的输出端与主燃烧室(102)相连。 4.根据权利要求3所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，所述燃料压缩机组(501)以及氧化剂压缩机组(502)均包括两个压缩机(503)，所述所述压缩机(503)包括多层垂直组合的压缩室(504)，所述传动轴(408)贯穿多层压缩室(504)设置，所述压缩室(504)内设置有与所述传动轴(408)相连的叶轮(505)，每层压缩室(503)的内部单独构成一个密闭腔体，所述每层压缩室(504)均设有独立的输入端与输出端。 5.根据权利要求4所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，所述压缩室(504)底部设有不可转动的压缩盘(506)，所述压缩盘上设置有挡环(507)，所述叶轮(505)设置于所述挡环(507)内，所述挡环(507)上间隔开设有多个出风道(508)，所述压缩室(504)的输入端设置于压缩室(504)上部，所述出风道(508)与所述压缩室(504)的输出端相连。 6.根据权利要求4所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，所述燃料压缩机组(501)包括压缩机A(509)与压缩机B(510)，所述氧化剂压缩机组(502)包括压缩机C(511)与压缩机D(512)，所述压缩机A(509)中每个压缩室(504)的输出端均分别与所述压缩机B(510)中位于同一层压缩室(504)的输入端相连，所述压缩机B(510)中除最底层压缩室(504)以外、每个压缩室(504)的输出端均分别与所述压缩机A(509)中位于下一层压缩室(504)的输入端相连，压缩机A(509)最顶层压缩室(504)的输入端与燃料仓(20)相连、压缩机B(510)最顶层压缩室(504)的输入端与上层传动室(401)的输出端相连、压缩机B(510)最底层压缩室(504)的输出端与冷却通路(103)相连；所述压缩机C(511)中每个压缩室(504)的输出端均分别与所述压缩机D(512)中位于同一层压缩室(504)的输入端相连，所述压缩机D(512)中除最底层压缩室(504)以外、每个压缩室(504)的输出端均分别与所述压缩机C(511)中位于下一层压缩室(504)的输入端相连，压缩机C(511)最顶层压缩室(504)的输入端与氧化剂仓(30)相连、压缩机D(512)最顶层压缩室(504)的输入端与下层传动室(402)的输出端相连、压缩机D(512)最底层压缩室(504)的输出端与主燃烧室(102)相连。 7.根据权利要求1所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，所述推力室(10)包括内壁(104)以及外壁(105)，所述内壁(104)以及外壁(105)之间设有隔离壁(106)，所述外壁(105)与隔离壁(106)之间设置有外环肋板层(107)，所述内壁(104)与隔离壁(106)之间设置有内环肋板层(108)，所述肋板层由一块平面合金板经过多次折叠后首尾相连成圈，肋板层中相邻两个折叠面与内壁(104)、外壁(105)或隔离壁(106)之间形成类三角形的冷却通路(103)，所述压缩单元(50)的输出端通过管道与外环肋板层(107)的顶部相连，所述外环肋板层(107)的底部与内环肋板层(108)的底部相连，所述内壁(104)上设有环形喷管(109)，所述环形喷管(109)的输入端与内环肋板层(108)的冷却通路(103)相连通，所述环形喷管(109)内侧沿所述环形喷管(109)周向均匀开设有多个喷孔(110)。 8.根据权利要求7所述的多级脉冲增压火箭发动机，其特征在于，每个所述喷孔(110)上均连接有喷口向内的扩散单元(70)，所述扩散单元(70)包括扩散管道(701)，所述扩散管道(701)上半部分为中空管(702)，所述扩散管道(701)下半部分为实心柱(703)，所述中空管(702)与喷孔(110)相连通，沿所述实心柱(703)周向均匀开设有多个竖直凹槽(704)，所述竖直凹槽(704)位于所述中空管(702)管壁的内侧，所述竖直凹槽(704)的顶端与中空管(702)相连通，所述竖直凹槽(704)的底端连通有球形槽(705)，所述球形槽(705)与扩散管道(701)外部连通形成喷口(706)。 9.一种火箭，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一一种多级脉冲增压火箭发动机以及箭体结构，所述箭体结构内通过支座安装有陀螺仪(80)，所述支座上固定设置有支环(804)，所述陀螺仪(80)包括外环(803)以及内环(802)，所述内环内设置有转子(801)，所述转子(801)通过旋转轴(805)与内环(802)相连接，所述外环(803)通过第一连接杆(806)与内环(802)相连接，所述外环(803)通过第二连接杆(807)与支环(804)相连接，所述转子(801)上覆盖有一圈第一感光带(808)，所述内环(802)上设置有朝第一感光带(808)照射的第一光源(809)，所述内环(802)外设置有一圈第二感光带(810)，所述外环(803)上设置有朝第二感光带(810)照射的第二光源(811)，所述外环(803)外设置有一圈第三感光带(812)，所述支环(804)上设置有朝第三感光带(812)照射的第三光源(813)，所述第一感光带(808)、第二感光带(810)、第三感光带(812)外表面分别均匀设置有多个感光元件；所述箭体结构还包括控制系统、处理器以及动力调整装置，所述感光元件的信号发射端与所述处理器的信号接收端电连接，所述处理器的信号发射端与所述控制系统的信号接收端电连接，所述控制系统的信号发射端与所述动力调整装置的信号接收端电连接，所述动力调整装置能够对火箭进行姿态调整。 10.一种火箭回收系统，用于权利要求9所述火箭在发射后的回收，其特征在于，包括信号接受器以及信号发射器，所述火箭箭体上设置两个以上的信号发射器，所述地面上不同位置设置多个信号接收器，通过检测不同信号发射器发射到不同信号接收器所需的时间，确定该信号发生器与信号接收器之间的距离，从而得出目前火箭的空间坐标，并与降落地点的空间坐标进行比对，经过计算后得出理想的降落轨道，配合控制系统、处理器以及动力调整装置对火箭进行姿态调整，使火箭在计算好的时间从当前轨道进入大气层，并沿降落轨道飞行，实现火箭回收。