火箭發(fā)動機、火箭及火箭發(fā)動機的啟動方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及火箭發(fā)動機，特別涉及將烴作為燃料的液體火箭發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]已知將烴作為推進劑的液體火箭發(fā)動機。該液體火箭發(fā)動機具備用于供給推進劑(氧化劑和烴)的渦輪泵。利用渦輪機的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動該渦輪泵。該渦輪機將烴作為燃料，并利用在輔助燃燒器中產(chǎn)生的燃燒氣體進行旋轉(zhuǎn)，該輔助燃燒器例如將LOX(液氧LiquidOxygen)作為氧化劑，并被稱作氣體發(fā)生器(副燃燒器)。例如，在非專利文獻I中公開了應用了這樣的氣體發(fā)生器循環(huán)的液體火箭發(fā)動機。
[0003]圖1是表示記載在該非專利文獻I中的液體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)的概略圖。在本圖中，左上的圖是應用了氣體發(fā)生器循環(huán)的液體火箭發(fā)動機。在該火箭發(fā)動機中，使用燃料泵和氧化劑泵作為渦輪泵。燃料泵由燃料渦輪機驅(qū)動，氧化劑泵由氧化劑渦輪機驅(qū)動。而且，燃料渦輪機和氧化劑渦輪機由在氣體發(fā)生器中燃燒的燃燒氣體驅(qū)動。
[0004]在將這樣的氣體發(fā)生器循環(huán)應用于液體火箭發(fā)動機的情況下，存在以下問題點。第I問題點是需要一個額外的燃燒器。由于需要一個額外的燃燒器，所以可靠性有可能降低，成本也變高。第2問題點是驅(qū)動渦輪機的燃燒氣體直接被排放掉。渦輪機驅(qū)動后的燃燒氣體的能量未被有效利用而變成損失，因此能量損失大。第3問題點是對氣體發(fā)生器要求極高的可靠性。盡管氣體發(fā)生器由于伴隨著燃燒而動作環(huán)境惡劣，但其故障對于火箭發(fā)動機來說是致命的。這是因為，在氣體發(fā)生器發(fā)生故障的情況下，液體火箭發(fā)動機立刻失去渦輪機驅(qū)動力，從而燃料和氧化劑的供給變得困難。這樣，火箭發(fā)動機的系統(tǒng)并不穩(wěn)健(robust)ο
[0005]圖1的右上的圖是應用了分級燃燒循環(huán)的火箭發(fā)動機。在該火箭發(fā)動機中，在主燃燒器前設置預燃燒器，利用該預燃燒器的預燃燒氣體，驅(qū)動燃料渦輪機和氧化劑渦輪機，并將該預燃燒氣體供給到主燃燒器。在該情況下，由于將渦輪機驅(qū)動后的燃燒氣體用于進一步燃燒，所以不會發(fā)生上述第2問題點。但是，使用所謂的預燃燒器的輔助燃燒器的情況并未改變，從而具有上述第I和第3問題點的情況也未改變。另外，圖1的下方的圖是應用了利用對液態(tài)氫進行氣化而膨脹的膨脹循環(huán)的火箭發(fā)動機。該火箭發(fā)動機難以應用到使用烴作為燃料的火箭發(fā)動機中。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]非專利文獻
[0008]非專利文獻1:George P.Sutton, Oscar Biblarz, “Rocket Propuls1nElements”，Seventh Edit1n, John ffiley&Sons, Inc.p223 (Figure6 — 9), (2001).

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于提供可靠性更高且能量損失少的、將烴作為燃料的火箭發(fā)動機。并且，本發(fā)明的其他目的在于提供將烴作為燃料且穩(wěn)健的火箭發(fā)動機。并且，本發(fā)明進一步的其他目的在于提供促進了燃料和氧化劑的混合、沒有氣體的排放、且燃燒效率提高的、將烴作為燃料的火箭發(fā)動機。
[0010]該發(fā)明的這些目的和除此之外的目的和優(yōu)點可以通過以下的說明和附圖而容易地確認。
[0011]本發(fā)明的火箭發(fā)動機具備:燃料流路、觸媒部、渦輪機、第I泵、燃燒室和噴嘴。燃料流路用于烴類的燃料流通。觸媒部設于燃料流路的途中，用于使燃料氣化。渦輪機設于燃料流路的途中，由被氣化的燃料驅(qū)動。第I泵利用渦輪機的驅(qū)動向燃料流路供給燃料。燃燒室使從燃料流路供給的被氣化的燃料和氧化劑燃燒。噴嘴將燃燒室的燃燒氣體送出，并與燃料流路的一部分進行熱交換來進行冷卻。
[0012]在上述火箭發(fā)動機中，燃料流路也可以具備第I路徑和第2路徑。第I路徑將燃料在噴嘴進行熱交換并在觸媒層進行氣化后導向燃燒室。第2路徑將燃料直接導向燃燒室。燃燒室也可以使經(jīng)由第I路徑供給的氣化的燃料和經(jīng)由第2路徑供給的燃料的混合燃料燃
TiTti O
[0013]在上述火箭發(fā)動機中，觸媒部也可以設在燃料流路的途中的與噴嘴進行熱交換的部位處的燃料流路的內(nèi)部。
[0014]在上述火箭發(fā)動機中，觸媒部利用觸媒將燃料熱化學分解來進行氣化。也可以利用熱化學分解的吸熱反應對噴嘴進行冷卻。
[0015]在上述火箭發(fā)動機中，觸媒部也可以以覆蓋燃料流路的內(nèi)壁的方式形成為層狀。
[0016]在上述火箭發(fā)動機中，觸媒部也可以設在燃料流路的途中的比與噴嘴進行熱交換的部位更靠后段的位置。
[0017]在上述火箭發(fā)動機中，觸媒部也可以由收納在容器內(nèi)的多顆觸媒粒形成。
[0018]在上述火箭發(fā)動機中，還可以具備氧化劑流路和第2泵。氧化劑流路用于氧化劑流通至燃燒室。第2泵利用渦輪機的驅(qū)動向氧化劑流路供給氧化劑。渦輪機、第I泵和第2泵被連接在同一旋轉(zhuǎn)軸上。
[0019]本發(fā)明的火箭具備火箭發(fā)動機、燃料箱和氧化劑箱。火箭發(fā)動機被記載在上述各段落中的一個段落。燃料箱與火箭發(fā)動機的燃料流路連接。氧化劑箱與火箭發(fā)動機的氧化劑流路連接。
[0020]本發(fā)明的火箭發(fā)動機的啟動方法具備利用壓力向燃燒室供給烴類的燃料和氧化劑、并使其燃燒的步驟。還具備如下步驟，當燃燒室通過燃燒而被加熱時，利用壓力，使燃料在通過熱交換對噴嘴進行冷卻的同時，向觸媒部供給，而使燃料氣化。
[0021]還具備利用被氣化的燃料驅(qū)動渦輪機的步驟。還具備如下步驟，利用渦輪機驅(qū)動第I泵，并使燃料的一部分在通過熱交換對噴嘴進行冷卻的同時在觸媒部進行氣化。還具備利用渦輪機驅(qū)動第I泵，并向燃燒室供給剩余的燃料的步驟。還具備利用渦輪機驅(qū)動第2泵，并向燃燒室供給氧化劑的步驟。還具備使被氣化的燃料、被供給的燃料、和被供給的氧化劑在燃燒室燃燒的步驟。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，在將烴作為燃料的火箭發(fā)動機中，能夠使可靠性更高，并能夠減少能量損失。并且，在將烴作為燃料的火箭發(fā)動機中，能夠提高穩(wěn)健性。并且，在將烴作為燃料的火箭發(fā)動機中，促進了燃料和氧化劑的混合，沒有氣體的排放，能夠使燃燒效率提高。
【附圖說明】
[0023]圖1是表示記載在非專利文獻I中的液體火箭發(fā)動機的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0024]圖2是表示第I實施方式的火箭發(fā)動機及應用它的火箭的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0025]圖3是表示第I實施方式的火箭發(fā)動機的觸媒部的一例的概略圖。
[0026]圖4是表示第I實施方式的火箭發(fā)動機的啟動動作的流程圖。
[0027]圖5是表示第2實施方式的火箭發(fā)動機及應用它的火箭的結(jié)構(gòu)的概略圖。
【具體實施方式】
[0028]以下，關(guān)于本發(fā)明的實施方式的火箭發(fā)動機及應用它的火箭，參照附圖進行說明。
[0029][第I實施方式]
[0030]對第I實施方式的火箭發(fā)動機及應用它的火箭的結(jié)構(gòu)進行說明。圖2是表示本實施方式的火箭發(fā)動機及應用它的火箭的結(jié)構(gòu)的概略圖?；鸺齀通過使烴燃料和氧化劑燃燒，并向后方噴出燃燒氣體來進行飛行?；鸺齀具備火箭主體2和火箭發(fā)動機3。
[0031]火箭主體2具備燃料箱4、氧化劑箱5和控制部6。燃料箱4儲存液態(tài)的烴燃料。燃料箱4基于控制部6的控制，通過氣體加壓等手段向火箭發(fā)動機3送出燃料。氧化劑箱5儲存液態(tài)的氧化劑(例如:LOX)。氧化劑箱5基于控制部6的控制，通過氣體加壓等手段向火箭發(fā)動機3送出氧化劑?？刂撇?是以計算機為例的信息處理裝置，具備未圖示的處理裝置(例如:CPU)、存儲裝置(例如:RAM、ROM)和接口。還可以具備輸入裝置(例如:鍵盤)和輸出裝置(例如:顯示器)。控制部6經(jīng)由接口至少對燃料箱4、氧化劑箱5和火箭發(fā)動機3進行控制。
[0032]火箭發(fā)動機3從燃料箱4和氧化劑箱5供給液態(tài)的烴燃料和氧化劑，使這些燃料和氧化劑燃燒，并向后方噴出燃燒氣體?；鸺l(fā)動機3具備:燃料流路31?39、觸媒部51、渦輪機12、第I泵11、第2泵13、燃燒室21、噴嘴22、氧化劑流路41?43、閥V1、閥V2和旋轉(zhuǎn)軸14。
[0033]燃料流路31?39是用于烴燃料流通的流路(例如:配管)。觸媒部51設于燃料流路31?39的途中，用于使燃料氣化。渦輪機12設于燃料流路(31?39)的途中，由被氣化的燃料驅(qū)動。第I泵11利用渦輪機12的驅(qū)動向燃料流路31?39供給燃料。第2泵13利用渦輪機12的驅(qū)動向氧化劑流路41?43供給氧化劑。第I泵11和第2泵13是渦輪泵。燃燒室21使從燃料流路31?39供給的燃料(包括被氣化的燃料)和氧化劑燃燒。噴嘴22是將燃燒室21的燃燒氣體送出的火箭噴嘴。并且，與燃料流路31?39的一部分進行熱交換而被冷卻。氧化劑流路41?43是用于氧化劑流通至燃燒室21的流路(例如:配管)。閥Vl基于控制部6的控制，在燃料流路31?39中，向直接向燃燒室21供給燃料的路徑和在與噴嘴22的熱交換后向燃燒室21供給燃料的路徑中的至少一方供給燃料，或者，停止燃燒的供給。閥V2基于控制部6的控制，在氧化劑流路41?43中，向燃燒室