阅读说明：本技术 一种无火工品气固混合火箭发动机 (Initiating explosive-free gas-solid hybrid rocket engine ) 是由 胡松启 刘林林 刘雪莉 王印 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无火工品气固混合火箭发动机,由火花塞、发动机壳体、喷注器、爆破片、固体推进剂、喷管、高压空气腔室和燃烧室组成。发动机采用火花塞点火,避免使用含火工品的点火头点火产生的安全隐患。高压空气可通过喷注器与碳粉充分接触,在火花塞启动时可保证碳粉被可靠点燃,从而冲破爆破片；碳粉燃烧产生的高温产物及空气进入燃烧室引燃固体推进剂并维持其持续燃烧,产生的高温燃气经过喷管喷出后产生推力。发动机工作前采用爆破片密闭高压空气腔室内气体,可减少发动机中的线路设计。高压气体在运输和存储过程中均不具有危险性；固体推进剂直接装填在燃烧室中,可提高发动机的空间利用率,保证发动机的安全性。(The invention discloses a fireless gas-solid hybrid rocket engine, which consists of a spark plug, an engine shell, an injector, a rupture disk, a solid propellant, a spray pipe, a high-pressure air chamber and a combustion chamber. The engine adopts the spark plug to ignite, avoids using the potential safety hazard that the ignition head that contains the initiating explosive device igniteed and produces. The high-pressure air can be fully contacted with the carbon powder through the injector, and the carbon powder can be reliably ignited when the spark plug is started, so that the rupture disk is broken; high-temperature products and air generated by burning the carbon powder enter a combustion chamber to ignite the solid propellant and maintain the solid propellant to be continuously burnt, and generated high-temperature fuel gas is sprayed out through a spray pipe to generate thrust. The explosion piece is adopted to seal the gas in the high-pressure air cavity before the engine works, so that the circuit design in the engine can be reduced. The high-pressure gas is not dangerous in the transportation and storage processes; the solid propellant is directly filled in the combustion chamber, so that the space utilization rate of the engine can be improved, and the safety of the engine is ensured.)

一种无火工品气固混合火箭发动机

技术领域

本发明涉及气固混合火箭发动机设计技术领域，具体地说，涉及一种无火工品气固混合火箭发动机。

背景技术

随着航天科技工业的发展，越来越多的小型或微型火箭应用于气象增雨、防雹、消云、防霜以及高空灭火等人们的日常生活中，甚至在市场上还出现了可发射的小型火箭模型，这要求火箭发动机的结构更加简单，操作更加方便，最重要的是具有高安全性和高可靠性。

发明专利200920125865.5提出“一种森林灭火弹用的发动机”，该发动机中仅对发动机的结构进行了优化，而没有展开考虑固态火药应用于森林着火这种高温环境下存在的安全隐患，由于固态火药其具有自持燃烧特性，一旦在非正常状态下被引燃会对环境，或人身造成不可逆的破坏。在发明专利201821468891.3“一种气泵式火箭发动机”中，虽然考虑了航模飞机在空中前进下发动机的安全性，但是在结构上存在的不足是，在其使用时汽油和空气均需要通过外辅作用喷入燃烧室发生燃烧，操作过程及发动机的结构都很复杂。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种无火工品气固混合火箭发动机。该发动机采用火花塞点火，避免使用含火工品的点火头点火产生的安全隐患；高压空气可通过喷注器与碳粉充分接触，在火花塞启动时可保证碳粉被可靠点燃，从而冲破爆破片；发动机工作前采用爆破片密闭高压空气，可减少发动机中的线路设计；高压空气在运输和存放过程中均不具有危险性；固体燃料直接装填在燃烧室中，提高发动机的空间利用率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括火花塞、顶盖、发动机壳体、喷注器、碳粉、爆破片、绝热层、固体推进剂、喷管、高压空气腔室、燃烧室和单向阀，其特征在于所述发动机壳体为一侧端的台阶面相连成一体的两个同心圆柱筒体结构，且在内部圆柱筒体前端设置有空心凸台，凸台内壁周向有螺纹，喷注器与发动机壳体内部圆柱筒体的凸台螺纹连接，爆破片位于发动机壳体内部圆柱筒体的凸台与喷注器之间形成的凹槽内，碳粉放置在喷注器与爆破片形成的腔体中；发动机壳体另一侧端为敞口，端部有内螺纹，顶盖与发动机壳体敞口端螺纹连接，且顶盖与发动机壳体和喷注器组合成高压气腔室；

所述顶盖中心部位开有螺孔用于安装火花塞，火花塞与喷注器连接；单向阀位于顶盖中心螺孔的下部，顶盖中心螺孔的圆心位于壳体同心圆的轴线上；

所述喷注器为同轴的圆盘和圆管组成一体的T形结构，圆盘设有中心孔，依圆心孔等角度周向分布有多个圆孔与圆管腔相通，圆管周向开有外螺纹；

所述燃烧室由发动机壳体内部圆柱筒体与喷管组成，固体推进剂与绝热层粘结放置在燃烧室内且由喷管固定，喷管与发动机壳体通过螺栓固定连接。

所述顶盖中心螺孔与发动机壳体和喷注器中心线位于同一轴线上。

有益效果

本发明提出的一种无火工品气固混合火箭发动机，发动机采用火花塞点火，避免使用含火工品的点火头点火产生的安全隐患；高压空气可通过喷注器与碳粉充分接触，在火花塞启动时可保证碳粉被可靠点燃，从而冲破爆破片；发动机工作前采用爆破片密闭高压空气，可减少发动机中的线路设计；高压空气的反应活性不高，在运输和存放过程中均不具有危险性；固体燃料直接装填在燃烧室中，提高发动机的空间利用率；固体燃料中不包含氧化剂，不具有自持燃烧的能力，提高了发动机的安全性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种无火工品气固混合火箭发动机作进一步详细说明。

图1为本发明无火工品气固混合火箭发动机结构示意图。

图2为本发明无火工品气固混合火箭发动机的顶盖示意图。

图3为本发明无火工品气固混合火箭发动机的顶盖剖视图。

图4为本发明无火工品气固混合火箭发动机的壳体侧视图。

图5为本发明无火工品气固混合火箭发动机的壳体剖视图。

图6为本发明无火工品气固混合火箭发动机的喷注器侧视图。

图7为本发明无火工品气固混合火箭发动机的喷注器剖视图。

图8为本发明无火工品气固混合火箭发动机的喷管侧视图。

图9为本发明无火工品气固混合火箭发动机的喷管剖视图。

图中

1.火花塞 2.顶盖 3.发动机壳体 4.喷注器 5.碳粉 6.爆破片 7.绝热层 8.固体推进剂 9.喷管 10.高压气腔室 11.燃烧室 12.单向阀

具体实施方式

本实施例是一种无火工品气固混合火箭发动机。

参阅图1～图9，本实施例无火工品气固混合火箭发动机，由火花塞1、顶盖2、发动机壳体3、喷注器4、碳粉5、爆破片6、绝热层7、固体推进剂8、喷管9、高压空气腔室10、燃烧室11和单向阀12组成；其中，发动机壳体3为一侧端的台阶面相连成一体的两个同心圆柱筒体结构，且在内部圆柱筒体前端设置有空心凸台，凸台内壁周向开有螺纹，喷注器4与发动机壳体3内部圆柱筒体的凸台螺纹连接，爆破片6位于发动机壳体3内部圆柱筒体的凸台与喷注器4之间形成的凹槽内，碳粉5放置在喷注器4与爆破片6形成的腔体中；发动机壳体3另一侧端为敞口，端部有内螺纹，顶盖2与发动机壳体3敞口端螺纹连接，且顶盖2与发动机壳体3和喷注器4组合成高压气腔室10。

顶盖2中心部位有螺孔用于安装火花塞1，火花塞1与喷注器4通过螺纹连接。单向阀12安装在顶盖2中心螺孔的下部，顶盖2中心螺孔对应的圆心在壳体同心圆的的内径上。所述顶盖2中心螺孔与发动机壳体3和喷注器4位于同一轴线上。

喷注器4为同轴的圆盘和圆管组成一体的T形结构，圆盘设有中心孔，依圆心孔等角度周向分布有多个圆孔与圆管腔相通。本实施例中喷注器4中心孔孔径为圆盘直径的1/10，并在内孔周围均匀布置8个孔。

燃烧室11由发动机壳体3在内部圆柱筒体与喷管9组成，固体推进剂8与绝热层7放置在燃烧室内由喷管9固定，喷管9连接处有突出来的发兰，发兰上均布有多个螺孔，喷管9与发动机壳体3通过螺栓固定连接。固体燃料与绝热层采用物理粘结的方式形成不可拆卸的燃料药柱，该燃料药柱通过喷管与发动机壳体固定。

在本实施例中，将爆破片6放置在发动机壳体3内部圆柱筒体的凸台与喷注器4之间形成的凹槽内，将碳粉5放置在喷注器4与爆破片6形成的腔体中；碳粉5放置在爆破片左侧，通过螺纹将喷注器4与发动机壳体3连接并将爆破片6固定，喷注器4的中心孔直径为4mm周围8个孔的直径为3mm，通过螺纹将顶盖3固定在发动机壳体3上，将火花塞通过螺纹固定在顶盖2中心位置，将单向阀12通过螺纹固定在顶盖靠近边缘的螺纹孔，将密度为1.03kg/m³长度为100mm、外径为60的含石蜡固体燃料8以物理粘结的方式与厚度为4mm的绝热层7连接并构成燃料药柱，将燃料药柱自由装填在发动机壳体3的内部圆管形成空腔中，通过8根强度为12.9的M4×10的螺钉将喷管9与发动机壳体3相连，喷管吼径为6.8mm。通过螺纹将高压空气管路与单向阀12相连，向高压空气腔室10中充气并检查整个装置的气密性，当高压空气的压强达到5MPa时停止通气，打开连接火花塞1的电源，火花塞2打火引燃碳粉5，瞬间波冲击爆破片6左侧压强增大，打破爆破片6，碳粉5燃烧产生的高温产物及空气进入燃烧室11引燃固体燃料8并维持其持续燃烧，产生的高温燃气经过喷管9喷出后产生推力。