一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法及設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法及設備，其中的一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法，包括以下步驟：火箭發動機設置液態空氣儲箱；火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴，所述液態空氣噴嘴通過超低溫液體泵連接液態空氣儲箱；所述液態空氣儲箱內裝有液態空氣；所述液態空氣儲箱中的液態空氣在火箭發動機運行時噴出；所述液態空氣儲箱噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速尾焰氣體相混合；液態空氣噴嘴噴出的液態空氣溫度急劇升高、氣化膨脹，增加火箭發動機的推動力。本發明通過混合使用液態空氣介質，充分利用燃料產生的熱量，減少環境污染，在保證同樣推力的情況下，大幅度降低燃料的使用量，使成本降低，大幅度降低紅外特性和紫外特性，在導彈隱身方面有較大作用。
【專利說明】一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法及設備
【技術領域】
[0001]本發明屬于火箭發動機領域，具體涉及一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法及設備。
【背景技術】
[0002]火箭發動機就是利用沖量原理，自帶推進劑、不依賴外界空氣的噴氣式發動機。火箭發動機是噴氣發動機的一種，將推進劑箱或運載工具內的反應物料(推進劑)變成高速射流，由于牛頓第三定律而產生推力。大部分火箭發動機靠排出高溫高速尾氣來獲得推力，固體或液體推進劑(由氧化劑和燃料組成)在燃燒室中高壓(10-200bar)燃燒產生尾氣。
[0003]火箭發動機噴管是用于動機的一種(通常是漸縮漸闊噴管)推力噴管。它用于膨脹并加速由燃燒室燃燒推進產生的燃氣，使之達到超高音速。
[0004]目前所有在使用的火箭，在使用過程中存在以下的問題:
[0005]1.燃料利用率低,從火箭發動機噴管噴出的長火焰看出，大量的熱量排向了空氣中，因為火箭的速度和噴射出的物質的質量和物質的速度有關，和物質的溫度無關，所以熱
量浪費巨大；
[0006]2.因為燃料利用率低，所以環境污染嚴重，比如美國的阿波羅號一秒鐘所消耗的燃料是人類當年首次橫跨大西洋的飛機所消耗的燃料的十倍還多。
[0007]3.燃料利用率低，燃料成本也就很高；特別在發射衛星方面與國際競爭時，燃料成本也成為重要的一方面；
[0008]4.由于溫度高，熱量強，紅外特性和紫外特性也就很強，很容易被偵測到，難以做到起飛段隱身，導彈起飛后，馬上會被對方發現，對方會提前預警準備應對、反擊、攔截。
[0009]火箭的燃料不管是固體還是液體，在燃燒時，迅速升溫，氣化，達到兩千度到三千度攝氏度，因為受熱膨脹，被限制在燃燒室范圍內，形成非常大的壓力，燃燒的廢氣向后噴出時，噴出的尾氣經過拉瓦爾噴管后速度達到了超音速。隨著膨脹，速度增加，壓力降低，溫度也稍有降低，最后噴出的氣體和大氣混合，大量熱量被浪費掉。
[0010]液態空氣是將大自然的空氣加壓再降溫后變成液態淡藍色氣體，具有較低的氣化熱和超低溫的存儲溫度，如果將液態空氣和超高溫、超音速的尾焰混合后，超高溫、超音速的尾焰的熱量將使超低溫的液態空氣迅速膨脹并氣化，液態空氣由液體變成氣體時，在膨脹到I個大氣壓的情況下，體積會膨脹800倍以上，體積劇烈膨脹，會更增加火箭發動機的推動力。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是，通過混合使用液態空氣介質，充分利用燃料產生的熱量，減少環境污染，在保證同樣推力的情況下，大幅度降低燃料的使用量，使成本降低，同時由于所噴射的尾焰氣體的溫度大副下降，使所噴射的尾焰氣體的紅外特性和紫外特性大幅度降低；使用空氣液化得到的液態空氣，則盡可能利用自然界的資源，最大限度利用燃料熱能，使對環境的污染降到最低。
[0012]本發明針對上述問題，提供一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法及設備。
[0013]根據本發明的一個方面，提供了一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法，包括以下步驟:
[0014]SI，火箭發動機設置液態空氣儲箱；
[0015]S2，火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴，所述液態空氣噴嘴通過超低溫液體泵連接液態空氣儲箱；
[0016]S3，所述液態空氣儲箱內裝有液態空氣；
[0017]S4，所述液態空氣儲箱中的液態空氣在火箭發動機運行時噴出；
[0018]S5，所述液態空氣儲箱噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速尾焰氣體相混合；
[0019]S6，液態空氣噴嘴噴出的液態空氣溫度急劇升高、氣化膨脹，增加火箭發動機的推動力。
[0020]進一步地，所述步驟S2具體為:火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴，所述液態空氣噴嘴通過超低溫液體泵連接液態空氣儲箱，所述液態空氣噴嘴和液態空氣儲箱通過超低溫液體泵密封連接。更進一步地，所述步驟S3具體為:在所述液態空氣儲箱內裝液態空氣，密封所述液態空氣儲箱。
[0021]更進一步地，所述步驟S5具體為:所述液態空氣噴嘴噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合，超高溫、超音速的尾焰氣體的熱量使超低溫的液態空氣迅速膨脹并氣化，液態空氣由液體變成氣體時，液態空氣體積會膨脹數百倍以上，溫度大幅度降低。
[0022]更進一步地，所述步驟S6具體為:所述液態空氣噴嘴噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體混合后，變成低溫高壓氣體，通過混合逐步完成,氣體壓力繼續膨脹，溫度迅速降低，隨著液態空氣噴嘴噴出氣體的擴張，火箭速度增加，噴出物質的總量增加，發動機推力大幅度增加。
[0023]根據本發明的又一方面，提供了一種液態空氣混合動力的火箭發動機設備，包括以下部分:
[0024]液態空氣儲箱:用以裝載液態空氣；
[0025]超低溫液體泵:用以在火箭發動機運行時將液態空氣輸送到液態空氣噴嘴噴出，和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合；
[0026]液態空氣噴嘴:用以在火箭發動機運行時將液態空氣噴出到火箭發動機后部最窄處的喉道部位和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合。
[0027]所述液態空氣儲箱為內置式或外掛式的液態空氣儲箱。
[0028]本發明的優點:
[0029]1、是現有火箭發動機技術的延續，現有火箭發動機系統幾乎不變；
[0030]2、高效率實現噴出的氣體物理膨脹，燃料利用率提高，火箭發動機推力增加。
[0031]3、液態空氣容易獲取，且低污染、低成本。
[0032]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0034]圖1是本發明的一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法流程圖；
[0035]圖2是本發明的液態空氣混合固體火箭發動機結構不意圖；
[0036]圖3是本發明的外掛式液態空氣混合固體火箭發動機結構示意圖；
[0037]圖4是本發明的液態空氣混合液體火箭發動機結構示意圖。
[0038]附圖標記:
[0039]I為運載物、2為液態空氣儲箱、3為火箭、4為火箭發動機、5為超低溫液體泵及6
為液態空氣噴嘴。
【具體實施方式】
[0040]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0041]實施例1
[0042]參考圖1，如圖1所示的一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法，包括以下步驟:
[0043]SI,火箭發動機設置液態空氣儲箱2 ；
[0044]S2，火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴6，所述液態空氣噴嘴通過超低溫液體泵5連接液態空氣儲箱2 ；
[0045]S3，所述液態空氣儲箱2內裝有液態空氣；
[0046]S4，所述液態空氣儲箱2中的液態空氣在火箭發動機運行時噴出；
[0047]S5，所述液態空氣儲箱2噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速尾焰氣體相混合；
[0048]S6，液態空氣噴嘴6噴出的液態空氣溫度急劇升高、氣化膨脹，增加火箭發動機的推動力。
[0049]所述步驟S2具體為:火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴6，所述液態空氣噴嘴6通過超低溫液體泵5連接液態空氣儲箱2，所述液態空氣噴嘴6和液態空氣儲箱2通過超低溫液體泵5密封連接。所述步驟S3具體為:在所述液態空氣儲箱2內裝液態空氣，密封所述液態空氣儲箱2。
[0050]所述步驟S5具體為:所述液態空氣噴嘴6噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合，超高溫、超音速的尾焰氣體的熱量使超低溫的液態空氣迅速膨脹并氣化，液態空氣由液體變成氣體時，液態空氣體積會膨脹數百倍以上，溫度大幅度降低。
[0051 ] 所述步驟S6具體為:所述液態空氣噴嘴2噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體混合后，變成低溫高壓氣體，通過混合逐步完成，氣體壓力繼續膨脹，溫度迅速降低，隨著液態空氣噴嘴2噴出氣體的擴張，火箭速度增加，噴出物質的總量增加，發動機推力大幅度增加。
[0052]實施例2
[0053]參考圖2至圖4，如圖2至圖4所示的一種液態空氣混合動力的火箭發動機設備，包括以下部分:
[0054]液態空氣儲箱2:用以裝載液態空氣；
[0055]超低溫液體泵5:用以在火箭發動機運行時將液態空氣輸送到液態空氣噴嘴6噴出，和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合；
[0056]液態空氣噴嘴6:用以在火箭發動機運行時將液態空氣噴出到火箭發動機后部最窄處的喉道部位和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合。
[0057]所述液態空氣儲箱2為內置式或外掛式的液態空氣儲箱2。
[0058]本發明可用于固體火箭發動機或也體火箭發動機或液固混合的火箭發動機，最優的為液固混合的火箭發動機。
[0059]本發明中液態空氣噴嘴在火箭發動機內的設計方式不限，液態空氣儲液方式不限，可以為內置式、外掛式或別的方式。
[0060]本發明將通過化學反應產生高溫，使得介質因為溫度升高而產生的的膨脹改變為新增的液態空氣因為受熱而由液體變成氣體而膨脹數百倍的物理反應，提高燃料利用效率，提高經濟性。通過混合使用液態空氣介質，充分利用燃料產生的熱量，減少環境污染，在保證同樣推力的情況下，大幅度降低燃料的使用量，使成本降低，同時由于所噴射的氣體的溫度大幅度下降，使所噴射的紅外特性和紫外特性大幅度降低，幾乎完全沒有。
[0061 ] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種液態空氣混合動力的火箭發動機方法，其特征在于，包括以下步驟: SI，火箭發動機設置液態空氣儲箱(2); S2，火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴(6)，所述液態空氣噴嘴通過超低溫液體泵(5)連接液態空氣儲箱(2); S3，所述液態空氣儲箱(2)內裝有液態空氣； S4，所述液態空氣儲箱(2)中的液態空氣在火箭發動機運行時噴出； S5，所述液態空氣儲箱(2)噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速尾焰氣體相混合； S6，液態空氣噴嘴(6)噴出的液態空氣溫度急劇升高、氣化膨脹，增加火箭發動機的推動力。
2.根據權利要求1所述的液態空氣混合動力的火箭發動機方法，其特征在于，所述步驟S2具體為:火箭發動機后部最窄處的喉道部位設置液態空氣噴嘴(6)，所述液態空氣噴嘴(6)通過超低溫液體泵(5)連接液態空氣儲箱(2)，所述液態空氣噴嘴(6)和液態空氣儲箱(2)通過超低溫液體泵(5)密封連接。
3.根據權利要求1所述的液態空氣混合動力的火箭發動機方法，其特征在于，所述步驟S3具體為:在所述液態空氣儲箱(2)內裝液態空氣，密封所述液態空氣儲箱(2)。
4.根據權利要求1所述的液態空氣混合動力的火箭發動機方法，其特征在于，所述步驟S5具體為:所述液態空氣噴嘴(6)噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合，超高溫、超音速的尾焰氣體的熱量使超低溫的液態空氣迅速膨脹并氣化，液態空氣由液體變成氣體時，液態空氣體積會膨脹數百倍以上，溫度大幅度降低。`
5.根據權利要求1所述的液態空氣混合動力的火箭發動機方法，其特征在于，所述步驟S6具體為:所述液態空氣噴嘴(2)噴出的液態空氣和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體混合后，變成低溫高壓氣體，通過混合逐步完成，氣體壓力繼續膨脹，溫度迅速降低，隨著液態空氣噴嘴(2)噴出氣體的擴張，火箭速度增加，噴出物質的總量增加，發動機推力大幅度增加。
6.一種液態空氣混合動力的火箭發動機設備，其特征在于，包括以下部分: 液態空氣儲箱(2):用以裝載液態空氣； 超低溫液體泵(5):用以在火箭發動機運行時將液態空氣輸送到液態空氣噴嘴(6)噴出，和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合； 液態空氣噴嘴(6):用以在火箭發動機運行時將液態空氣噴出到火箭發動機后部最窄處的喉道部位和火箭發動機噴出的超高溫、超音速的尾焰氣體相混合。
7.根據權利要求7所述的液態空氣混合動力的火箭發動機設備，其特征在于，所述液態空氣儲箱(2)為內置式或外掛式的液態空氣儲箱(2)。
【文檔編號】F02K9/42GK103758662SQ201410048331
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】茍仲武 申請人:茍仲武