基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法
阅读说明：本技术 基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法 (Engine starting ignition device and ignition method based on preinstalled intermediate medium ) 是由 李春红 刘站国 高玉闪 邢理想 王君 武晓欣 陈文� 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法。本发明的目的是解决现有液氧甲烷发动机起动化学点火方式,采用液体甲烷直接挤压点火剂点火时,容易造成点火剂结冰,堵塞供应系统,造成点火失败等风险的技术问题,提供一种基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法。在现有发动机的单向阀和预装有点火剂的点火导管之间,增设了包含起动箱、中间介质管路、第一阀门和第二阀门的中间介质供应段,中间介质的冰点低于燃料预冷后的温度,其沸点高于点火剂的冰点,中间介质作为过渡燃料,以防止燃料与点火剂直接接触,保证中间介质在液态情况下不会冻住点火剂,而与燃料接触时又不会被燃料冻住结冰。(The invention relates to an engine starting ignition device and an ignition method based on a preinstalled intermediate medium. The invention aims to solve the technical problems that the ignition agent is easy to freeze, a supply system is blocked, ignition failure is caused and other risks are caused when the liquid methane is directly extruded to ignite the ignition agent in the conventional chemical ignition mode for starting a liquid oxymethane engine, and provides an engine starting ignition device and an ignition method based on a preinstalled intermediate medium. An intermediate medium supply section comprising a starting box, an intermediate medium pipeline, a first valve and a second valve is additionally arranged between a one-way valve and an ignition guide pipe pre-filled with an ignition agent of the existing engine, the freezing point of the intermediate medium is lower than the pre-cooled temperature of the fuel, the boiling point of the intermediate medium is higher than the freezing point of the ignition agent, and the intermediate medium is used as transition fuel to prevent the fuel from directly contacting with the ignition agent, so that the intermediate medium is ensured not to freeze the ignition agent under the liquid state condition and not to be frozen by the fuel when contacting with the fuel.)
技术领域
本发明涉及一种发动机起动点火装置及方法，具体涉及一种基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法。
背景技术
对于非自燃推进剂的液体火箭发动机，需要采用专门的点火装置实现推进剂点火，常用的发动机点火方式有火药点火、电火炬点火和化学点火。
火药点火是一种成熟的常规点火方式，具有点火能量大和技术成熟等优点，但对于未来重复使用的液氧甲烷发动机来说，火药燃气产生的残渣附着会影响发动机重复使用。电火炬点火是双低温发动机常用的点火方式，具有清洁和易于重复使用等优点，但目前若用于大推力液氧甲烷发动机缺乏使用经验且供应系统复杂。化学点火是液氧煤油发动机常用的点火方式，具有点火可靠和储运方便等优点，是一种优良的液体火箭发动机点火方式。但对于液氧甲烷发动机，由于甲烷推进剂为低温介质，采用液体甲烷直接挤压点火剂点火时，容易造成点火剂结冰，堵塞供应系统，存在造成点火失败等风险。即当液氧甲烷发动机采用化学点火剂点火时，由于化学点火剂冰点为-52.5℃，如果沿用燃料路推进剂推动点火剂进入发动机点火的方式，液态甲烷(预冷后温度-162℃)会导致化学点火剂结冰。
发明内容
本发明的目的是解决现有液氧甲烷发动机起动化学点火方式，采用液体甲烷直接挤压点火剂点火时，容易造成点火剂结冰，堵塞供应系统，造成点火失败等风险的技术问题，提供一种基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
本发明提供一种基于预装中间介质的发动机起动点火装置，包括位于发动机燃料泵后的单向阀和预装有点火剂的点火导管；其特殊之处在于：
还包括起动箱、中间介质管路、第一阀门和第二阀门；
所述起动箱内设置有胶囊，所述胶囊将起动箱内腔隔离为相互隔绝的位于入口侧的气腔a和位于出口侧的中间介质腔b；
所述起动箱的气腔a入口连接高压气源，起动箱的中间介质腔b出口通过第一阀门连接中间介质管路的上游端；
所述中间介质管路的上游端连接单向阀出口，中间介质管路的下游端连接点火导管远离燃气发生器的一端；
所述第二阀门的出口端与中间介质管路下游端连通，用于向起动箱的中间介质腔b和中间介质管路内预装中间介质；
所述中间介质的冰点低于燃料预冷后的温度，其沸点高于点火剂的冰点。
进一步地，所述燃料为甲烷。
进一步地，所述中间介质为丙烷、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯之一种。
本发明还提供一种所述基于预装中间介质的发动机起动点火装置的点火方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)初始点火时，通过高压气源挤压供应点火剂和中间介质，点火剂在中间介质和高压气源的挤压下进入燃气发生器点火；
2)待燃料泵后压力上升至高于高压气源压力后，由燃料进一步挤压管路内剩余中间介质和点火剂进入燃气发生器，直至点火剂全部进入燃气发生器，随后中间介质进入燃气发生器，点火燃烧，待中间介质消耗完成后，燃料进入燃气发生器，燃气发生器完成点火。
本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
本发明提供的基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法，在现有发动机的单向阀和预装有点火剂的点火导管之间，增设了包含起动箱、中间介质管路、第一阀门和第二阀门的中间介质供应段，中间介质的冰点低于燃料预冷后的温度，其沸点高于点火剂的冰点，中间介质作为过渡燃料，以防止燃料与点火剂直接接触，保证中间介质在液态情况下不会冻住点火剂，而与燃料接触时又不会被燃料冻住结冰，彻底解决了现有技术存在采用液体燃料直接挤压点火剂点火时，容易造成点火剂结冰，堵塞供应系统，造成点火失败等风险的技术问题。
附图说明
图1为本发明基于预装中间介质的发动机起动点火装置的结构示意图；
附图标记说明：
1-单向阀、2-点火导管、3-起动箱、4-中间介质管路、5-第一阀门、6-第二阀门、7-胶囊、8-燃气发生器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
一种基于预装中间介质的发动机起动点火装置，包括位于发动机燃料泵后的单向阀1和预装有点火剂的点火导管2；还包括起动箱3、中间介质管路4、第一阀门5和第二阀门6；所述起动箱3内设置有胶囊7，所述胶囊7将起动箱3内腔隔离为相互隔绝的位于入口侧的气腔a和位于出口侧的中间介质腔b；所述起动箱3的气腔a入口连接高压气源，起动箱3的中间介质腔b出口通过第一阀门5连接中间介质管路4的上游端；所述中间介质管路4的上游端连接单向阀1出口，中间介质管路4的下游端连接点火导管2远离燃气发生器8的一端；所述第二阀门6的出口端与中间介质管路4下游端连通，用于向起动箱3的中间介质腔b和中间介质管路4内预装中间介质(即过渡燃料)，以防止燃料与点火剂直接接触；所述中间介质的冰点低于燃料预冷后的温度，其沸点高于点火剂的冰点，保证中间介质在液态情况下不会冻住点火剂，而与燃料接触时又不会被燃料冻住结冰。
所述燃料为甲烷。所述中间介质可以为丙烷(冰点-188℃，沸点-42.1℃)，也可以为1-戊烯(冰点-166.2℃，沸点30.1℃)或3-甲基-1-丁烯(冰点-168.5℃，沸点20.1℃)等燃料。
一种上述基于预装中间介质的发动机起动点火装置的点火方法，包括以下步骤：
1)初始点火时，通过高压气源挤压供应点火剂和中间介质，点火剂在中间介质和高压气源的挤压下进入燃气发生器8点火；
2)待燃料泵后压力上升至高于高压气源压力后，由燃料进一步挤压管路内剩余中间介质和点火剂进入燃气发生器8，直至点火剂全部进入燃气发生器8，随后中间介质进入燃气发生器8，点火燃烧，待中间介质消耗完成后，燃料进入燃气发生器8，燃气发生器8完成点火。
本发明提供的基于预装中间介质的发动机起动点火装置及点火方法，可直接用于液氧甲烷发动机的起动箱预包装中间介质的液氧甲烷发动机化学点火方案。
上述基于预装中间介质的发动机起动点火装置及方法适用于富氧补燃循环发动机、非自燃推进剂液体火箭发动机以及各类双低温推进剂组合的热力装置的起动过程仿真和缩尺发生器热试。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。