拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的工作方法屬于航空及航天技術(shù)領(lǐng)域。用于空天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及空天飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]盡管航天飛機(jī)比起一次使用的運(yùn)載火箭前進(jìn)了一大步，但仍有諸如故障頻繁，費(fèi)用昂貴等許多不足。而空天飛機(jī)與航天飛機(jī)不同，它的地面設(shè)施簡(jiǎn)單，維護(hù)使用方便，操作費(fèi)用低，在普通的大型機(jī)場(chǎng)上就能水平起飛和降落，具有一般航線班機(jī)的飛行頻率。這種飛機(jī)的外型與大型超音速客機(jī)相似，更多地具有飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。在大氣層飛行時(shí)，充分利用大氣中的氧氣。加之它可以上百次的重復(fù)使用，真正實(shí)現(xiàn)了高效能和低費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)估算，用它發(fā)射近地衛(wèi)星費(fèi)用只有航天飛機(jī)的1/5，而發(fā)射地球同步衛(wèi)星費(fèi)用只需1/10。，這使空天飛機(jī)在即將到來(lái)的空間商務(wù)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的工作方法是由以下設(shè)備及部件組成:頭部小火箭1、內(nèi)吸氣涵道2 (或、與外吸氣涵道3)、吸氣室4、拉瓦爾噴嘴5、擴(kuò)散管組成6，火箭燃燒室7、閥門(mén)8、沖壓吸氣管道9、燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11、內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12、點(diǎn)火處13、拉瓦爾噴嘴、真空室、擴(kuò)散管、火箭噴管、火箭外殼、拉瓦爾噴嘴14、真空室15、擴(kuò)散管16、火箭噴管、火箭外殼。
[0004]拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的工作方法原理，如圖1所示，沖壓火箭的零速起飛是建立《吸氣火箭的工作方法》的專利上而達(dá)到的初始速度(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的吸氣火箭部份)，當(dāng)火箭飛行的速度能滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭I停止工作。由于高速將大氣層中的空氣沖壓經(jīng)4根內(nèi)吸涵道2，續(xù)進(jìn)入氣室4，一部分空氣高速進(jìn)入擴(kuò)散管6 (擴(kuò)散管上的閥門(mén)8應(yīng)是常開(kāi)狀態(tài))，續(xù)進(jìn)入火箭燃燒室7中，與此同時(shí)在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體、固體及催化劑燃料，另一部分空氣被沖壓進(jìn)入兩根沖壓吸氣管道9 (并打開(kāi)這個(gè)系統(tǒng)上的兩個(gè)閥門(mén)8，這兩根管道設(shè)計(jì)成擴(kuò)散管狀，也就是放大了的拉瓦爾噴嘴，將空氣進(jìn)一步壓縮，如有需要，可在這兩根管的管口處加注燃料并設(shè)置點(diǎn)火處)，到擴(kuò)散管6尾部與擴(kuò)散管6的混合物料一同匯入燃燒室7中，在點(diǎn)火處13或拉瓦爾噴嘴5的火焰點(diǎn)火，在火箭燃燒室7中燃燒，使拉瓦爾噴嘴14的火焰噴入拉瓦爾噴嘴效應(yīng)裝置(拉瓦爾噴嘴14、真空室15、擴(kuò)散管16，在后文中拉瓦噴嘴爾效應(yīng)裝置所指的就是這3個(gè)部份)，拉瓦爾噴嘴效應(yīng)火箭的工作原理是依據(jù)美國(guó)工程師利用拉瓦爾噴嘴，一端建立正壓，另一端建立負(fù)壓，使乒乓球達(dá)到超聲速擊碎乒乓球拍(見(jiàn)實(shí)質(zhì)審查參考資料的拉瓦爾噴嘴部份)，將此技術(shù)用在火箭推進(jìn)系統(tǒng)中，產(chǎn)生超高聲速火焰氣流，使火箭飛行的速度更快并在飛行中有沖壓吸氣功能。
[0005]沖壓火箭的工作方法是可以使火箭在零速起飛、主動(dòng)吸氣及加注燃料是靠頭部小火箭(是利用液氫、液氧工作的傳統(tǒng)火箭)驅(qū)動(dòng)射流吸氣裝置(拉瓦噴嘴5、吸氣室4、擴(kuò)散管6為射流吸氣裝置)完成的，當(dāng)沖壓火箭的速度能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭I停止工作，進(jìn)入沖壓吸氣工作方式，進(jìn)入太空時(shí)關(guān)閉所有的閥門(mén)8，使用傳統(tǒng)液氫及液氧燃燒方式飛行、在太空工作完畢返回大氣層，頭部小火箭再一次點(diǎn)火，啟動(dòng)拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭返回地面，拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭是可以反復(fù)用使的火箭。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是多根內(nèi)吸氣涵道2拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭圖，如圖1所示，當(dāng)火箭速度使迎面而來(lái)的空氣，產(chǎn)生的壓力能滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，由于高速將大氣層中的空氣沖壓經(jīng)4根內(nèi)吸氣涵道2，續(xù)至吸氣室4，一部分空氣經(jīng)過(guò)擴(kuò)散管6 (此管上的閥門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)，)進(jìn)入火箭燃燒室7，另一部分空氣，經(jīng)兩根沖壓吸氣管9 (將這兩根管設(shè)計(jì)成擴(kuò)散管狀，也就是放大了的拉瓦爾噴嘴，根據(jù)需要可在這兩根管的管口處加注燃料并設(shè)置點(diǎn)火處，開(kāi)啟這兩根管上的閥門(mén)8)空氣被匯入擴(kuò)散管6的尾部與擴(kuò)散管6的物料一同江匯入火箭燃燒室中7中，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體、固體燃料及催化劑、在點(diǎn)火處13點(diǎn)火，在燃燒室7中燃燒氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴14噴入擴(kuò)散管16中，拉瓦爾噴嘴14與擴(kuò)散管16設(shè)有間隙，因此真空室14會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的噴射器部份)，使得拉瓦噴嘴14產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴14的正壓來(lái)自于燃燒室7，負(fù)壓來(lái)自于真空室15，因此當(dāng)火焰從火箭噴管18以超高聲速噴出后，使火箭飛行的更快。
[0007]圖2是多根內(nèi)吸氣涵2及單個(gè)外吸氣涵道3拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭圖，如附圖2所示，當(dāng)火箭速度達(dá)到?jīng)_壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，由于高速將大氣層的空氣沖壓到4根內(nèi)吸氣涵道2及外吸氣涵道3 (吸氣室與外涵道溶合一體)，高速進(jìn)入擴(kuò)散管6，續(xù)進(jìn)入火箭燃燒室7中，另一部分空氣，經(jīng)兩根沖壓吸氣管9 (可以將這兩根管設(shè)計(jì)成擴(kuò)散管狀，也就是放大了的拉瓦爾噴嘴，根據(jù)需要可以在這兩根管的管口處加注燃料，并開(kāi)啟這兩根管道上的閥門(mén)8)，匯入擴(kuò)散管6的尾部，在點(diǎn)火處13點(diǎn)火，在燃燒室7中燃燒，氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴14噴入擴(kuò)散管16中，拉瓦爾噴嘴14與擴(kuò)散管16設(shè)有間隙，因此真空室14會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的噴射器部份)，使得拉瓦噴嘴14產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴14的正壓來(lái)自于燃燒室7，負(fù)壓來(lái)自于真空室15，因此當(dāng)火焰從火箭噴管18以超高聲速噴出后，使火箭飛行的更快。
[0008]圖3是單個(gè)內(nèi)外吸氣涵道拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭圖，如圖3所示，當(dāng)火箭速度達(dá)到?jīng)_壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，由于高速將大氣層的空氣沖壓到外吸氣涵道3，加注火箭燃料進(jìn)入擴(kuò)散管6，續(xù)進(jìn)入火箭燃燒室7中，另一部分空氣，被沖壓至兩根沖壓吸氣管道9(可以將這兩根管設(shè)計(jì)成擴(kuò)散管狀，也就是放大了的拉瓦爾噴嘴，根據(jù)需要可在這兩根管的管口處加注燃料將設(shè)置點(diǎn)火處，并開(kāi)啟這兩根管道上的閥門(mén)8)，匯入擴(kuò)散管6的尾部大喇叭口處，與擴(kuò)散管6的物料一同進(jìn)入火箭燃燒室7中，在燃燒室7中燃燒，火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴14噴入擴(kuò)散管16中，拉瓦爾噴嘴14與擴(kuò)散管16設(shè)有間隙，因此真空室14會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的噴射器部份)，使得拉瓦噴嘴14產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴14的正壓來(lái)自于燃燒室7，負(fù)壓來(lái)自于真空室15，因此當(dāng)火焰從火箭噴管18以超高聲速噴出后，使火箭飛行的更快。
[0009]圖4是單根內(nèi)吸氣涵道(噴嘴群)拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭圖，如圖4所示，當(dāng)火箭速度達(dá)到?jīng)_壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，由于高速將大氣層的空氣沖壓至單內(nèi)吸氣涵道2中，經(jīng)內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12，燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11及吸氣室4會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料噴射器部份)，經(jīng)擴(kuò)散管6空氣高速進(jìn)入火箭燃燒室7中，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體。固體燃料及催劑、在點(diǎn)火處13點(diǎn)火，在火箭燃燒室7中燃燒，在燃燒室7中燃燒氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴14噴入擴(kuò)散管16中，拉瓦爾噴嘴14與擴(kuò)散管16設(shè)有間隙，因此真空室14會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的噴射器部份)，使得拉瓦噴嘴14產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴14的正壓來(lái)自于燃燒室7，負(fù)壓來(lái)自于真空室15，因此當(dāng)火焰從火箭噴管18以超高聲速噴出后，使火箭飛行的更快。
[0010]圖5是多根枝叉樹(shù)枝狀內(nèi)吸氣涵道拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭圖，如圖5所不，當(dāng)火箭速度達(dá)到?jīng)_壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，由于高速將大氣層的空氣沖壓至5根樹(shù)枝狀內(nèi)吸氣涵道2中，經(jīng)內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12，高速進(jìn)入擴(kuò)散管6中，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11及吸氣室4會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料噴射器部份)，停止工作的頭部小火箭內(nèi)腔可以起到真空罐的作用，經(jīng)擴(kuò)散管6的空氣高速進(jìn)入火箭燃燒室7中，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體、固體燃料及催化劑、使火箭燃料及空氣在擴(kuò)散管6中混合，與此同時(shí)另一部分空氣經(jīng)兩根沖壓吸氣管道9 (這兩根管設(shè)計(jì)成擴(kuò)散管狀，也就是放大了的拉瓦爾噴嘴，也可以根據(jù)需要在這兩根管的前部〈擴(kuò)散管小喇叭口管口處〉加火箭燃料并設(shè)置點(diǎn)火處，并開(kāi)啟這兩個(gè)管道上的閥門(mén)8)，使這部分空氣匯入擴(kuò)散管6(大喇叭口處)，被推入火箭燃燒室7中，在點(diǎn)火處13點(diǎn)火，空氣及燃料在火箭燃燒室內(nèi)燃燒，在燃燒室7中燃燒氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴14噴入擴(kuò)散管16中，拉瓦爾噴嘴14與擴(kuò)散管16設(shè)有間隙，因此真空室14會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的噴射器部份)，使得拉瓦噴嘴14產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴14的正壓來(lái)自于燃燒室7，負(fù)壓來(lái)自于真空室15，因此當(dāng)火焰從火箭噴管18以超高聲速噴出后，使火箭飛行的更快。
[0011]圖6是拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的火箭設(shè)備及部件名細(xì)表。
【具體實(shí)施方式】
[0012]拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的工作方法原理，如圖1所示，頭部小火箭I點(diǎn)火后，產(chǎn)生高溫、高壓的火焰氣體，經(jīng)拉瓦爾噴嘴5高速射入擴(kuò)散管6中，在這一過(guò)程中拉瓦爾噴嘴與擴(kuò)散管之間設(shè)有間隙并且間隙與擴(kuò)散管管口周圍會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料噴射器部份)，真空通過(guò)吸氣室4、內(nèi)吸氣涵道2將大氣層的空氣吸入，吸入后的空氣被拉瓦爾噴嘴的火焰氣流推入擴(kuò)散管6中，壓入火箭燃燒室7中，與此同時(shí)燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體燃料、固體燃料及催化劑，加注的燃料與空氣中的氧氣在擴(kuò)散管6中均勻混合，用火處13點(diǎn)火或拉瓦爾噴嘴火焰點(diǎn)火，在火箭燃燒室7燃燒，產(chǎn)生高速氣流噴射使火箭飛行。當(dāng)火箭速度達(dá)到?jīng)_壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，于由高速將大氣層的空氣沖壓到4根內(nèi)吸氣涵道2中、續(xù)進(jìn)入吸氣室4中、速射入擴(kuò)散管6，續(xù)進(jìn)入火箭燃燒室7中，另一部分空氣，經(jīng)兩根沖壓吸氣管9 (可以將這兩根管設(shè)計(jì)成擴(kuò)散管狀，也就是放大了的拉瓦爾噴嘴、并開(kāi)啟兩根管道上的閥門(mén)8，如需要也可以在沖壓吸氣道9前部管口加注燃料及設(shè)置點(diǎn)火處)，匯入擴(kuò)散管6的尾部(擴(kuò)散管大喇叭口處)，使經(jīng)過(guò)沖壓的空氣推入火箭燃燒室7中，與此同時(shí)在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體、固體燃料及催化劑，使火箭燃料及空氣在擴(kuò)散管6中充分混合，在點(diǎn)火處13點(diǎn)火，充分混合的空氣及燃料在后部火箭燃燒室7燃燒，在燃燒室7中燃燒氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴14噴入擴(kuò)散管16中，拉瓦爾噴嘴14與擴(kuò)散管16設(shè)有間隙，因此真空室14會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料的噴射器部份)，使得拉瓦噴嘴14產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴14的正壓來(lái)自于燃燒室7，負(fù)壓來(lái)自于真空室15，因此當(dāng)火焰從火箭噴管18以超高聲速噴出后，使火箭飛行的更快。
[0013]拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭的工作方法是可以使火箭在零速起飛、主動(dòng)吸氣及加注燃料是靠頭部小火箭(是利用液氫、液氧工作的傳統(tǒng)火箭)驅(qū)動(dòng)射流吸氣裝置(拉瓦噴嘴5、吸氣室4、擴(kuò)散管6為射流吸氣裝置)完成的，當(dāng)沖壓火箭的速度能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭I停止工作，進(jìn)入沖壓吸氣工作方式，進(jìn)入太空時(shí)關(guān)閉所有的閥門(mén)8，使用傳統(tǒng)液氫及液氧燃燒方式飛行、在太空工作完畢返回大氣層，頭部小火箭再一次點(diǎn)火，啟動(dòng)拉瓦爾噴嘴效應(yīng)沖壓火箭返回地