一种液态空气混合动力的火箭发动机方法及设备.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103758662 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103758662 A (21)申请号 201410048331.2 (22)申请日 2014.02.12 F02K 9/42(2006.01) (71)申请人 苟仲武 地址 100190 北京市海淀区中关村科学院南 路新科祥园 8 号楼 1507 (72)发明人 苟仲武 (54) 发明名称 一种液态空气混合动力的火箭发动机方法及 设备 (57) 摘要 本发明公开了一种液态空气混合动力的火箭 发动机方法及设备， 其中的一种液态空气混合动 力的火箭发动机方法， 包括以下步骤 ： 火箭发动 机设置液态。

2、空气储箱 ； 火箭发动机后部最窄处的 喉道部位设置液态空气喷嘴， 所述液态空气喷嘴 通过超低温液体泵连接液态空气储箱 ； 所述液态 空气储箱内装有液态空气 ； 所述液态空气储箱中 的液态空气在火箭发动机运行时喷出 ； 所述液态 空气储箱喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超 高温、 超音速尾焰气体相混合 ； 液态空气喷嘴喷 出的液态空气温度急剧升高、 气化膨胀， 增加火箭 发动机的推动力。本发明通过混合使用液态空气 介质， 充分利用燃料产生的热量， 减少环境污染， 在保证同样推力的情况下， 大幅度降低燃料的使 用量， 使成本降低， 大幅度降低红外特性和紫外特 性， 在导弹隐身方面有较大作用。 (5。

3、1)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103758662 A CN 103758662 A 1/1 页 2 1. 一种液态空气混合动力的火箭发动机方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： S1， 火箭发动机设置液态空气储箱 (2) ； S2， 火箭发动机后部最窄处的喉道部位设置液态空气喷嘴 (6)， 所述液态空气喷嘴通过 超低温液体泵 (5) 连接液态空气储箱 (2) ； S3， 所述液态空气储箱 (2) 内装有液态空气 ； S4， 所述液态。

4、空气储箱 (2) 中的液态空气在火箭发动机运行时喷出 ； S5， 所述液态空气储箱 (2) 喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超高温、 超音速尾焰 气体相混合 ； S6， 液态空气喷嘴 (6) 喷出的液态空气温度急剧升高、 气化膨胀， 增加火箭发动机的推 动力。 2. 根据权利要求 1 所述的液态空气混合动力的火箭发动机方法， 其特征在于， 所述步 骤 S2 具体为 ： 火箭发动机后部最窄处的喉道部位设置液态空气喷嘴 (6)， 所述液态空气喷 嘴(6)通过超低温液体泵(5)连接液态空气储箱(2)， 所述液态空气喷嘴(6)和液态空气储 箱 (2) 通过超低温液体泵 (5) 密封连接。 3. 根据权。

5、利要求 1 所述的液态空气混合动力的火箭发动机方法， 其特征在于， 所述步 骤 S3 具体为 ： 在所述液态空气储箱 (2) 内装液态空气， 密封所述液态空气储箱 (2)。 4. 根据权利要求 1 所述的液态空气混合动力的火箭发动机方法， 其特征在于， 所述步 骤 S5 具体为 ： 所述液态空气喷嘴 (6) 喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超高温、 超音速 的尾焰气体相混合， 超高温、 超音速的尾焰气体的热量使超低温的液态空气迅速膨胀并气 化， 液态空气由液体变成气体时， 液态空气体积会膨胀数百倍以上， 温度大幅度降低。 5. 根据权利要求 1 所述的液态空气混合动力的火箭发动机方法， 其特征。

6、在于， 所述步 骤 S6 具体为 ： 所述液态空气喷嘴 (2) 喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超高温、 超音速 的尾焰气体混合后， 变成低温高压气体， 通过混合逐步完成， 气体压力继续膨胀， 温度迅速 降低， 随着液态空气喷嘴 (2) 喷出气体的扩张， 火箭速度增加， 喷出物质的总量增加， 发动 机推力大幅度增加。 6. 一种液态空气混合动力的火箭发动机设备， 其特征在于， 包括以下部分 ： 液态空气储箱 (2) ： 用以装载液态空气 ； 超低温液体泵 (5) ： 用以在火箭发动机运行时将液态空气输送到液态空气喷嘴 (6) 喷 出， 和火箭发动机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体相混合 ； 液。

7、态空气喷嘴 (6) ： 用以在火箭发动机运行时将液态空气喷出到火箭发动机后部最窄 处的喉道部位和火箭发动机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体相混合。 7. 根据权利要求 7 所述的液态空气混合动力的火箭发动机设备， 其特征在于， 所述液 态空气储箱 (2) 为内置式或外挂式的液态空气储箱 (2)。 权 利 要 求 书 CN 103758662 A 2 1/4 页 3 一种液态空气混合动力的火箭发动机方法及设备 技术领域 0001 本发明属于火箭发动机领域， 具体涉及一种液态空气混合动力的火箭发动机方法 及设备。 背景技术 0002 火箭发动机就是利用冲量原理， 自带推进剂、 不依赖外界空气的喷气。

8、式发动机。 火 箭发动机是喷气发动机的一种， 将推进剂箱或运载工具内的反应物料 ( 推进剂 ) 变成高速 射流， 由于牛顿第三定律而产生推力。 大部分火箭发动机靠排出高温高速尾气来获得推力， 固体或液体推进剂 ( 由氧化剂和燃料组成 ) 在燃烧室中高压 (10-200bar) 燃烧产生尾气。 0003 火箭发动机喷管是用于动机的一种 ( 通常是渐缩渐阔喷管 ) 推力喷管。它用于膨 胀并加速由燃烧室燃烧推进产生的燃气， 使之达到超高音速。 0004 目前所有在使用的火箭， 在使用过程中存在以下的问题 ： 0005 1. 燃料利用率低， 从火箭发动机喷管喷出的长火焰看出， 大量的热量排向了空气 中。

9、， 因为火箭的速度和喷射出的物质的质量和物质的速度有关， 和物质的温度无关， 所以热 量浪费巨大 ； 0006 2. 因为燃料利用率低， 所以环境污染严重， 比如美国的阿波罗号一秒钟所消耗的 燃料是人类当年首次横跨大西洋的飞机所消耗的燃料的十倍还多。 0007 3. 燃料利用率低， 燃料成本也就很高 ； 特别在发射卫星方面与国际竞争时， 燃料 成本也成为重要的一方面 ； 0008 4. 由于温度高， 热量强， 红外特性和紫外特性也就很强， 很容易被侦测到， 难以做 到起飞段隐身， 导弹起飞后， 马上会被对方发现， 对方会提前预警准备应对、 反击、 拦截。 0009 火箭的燃料不管是固体还是液体。

10、， 在燃烧时， 迅速升温， 气化， 达到两千度到三千 度摄氏度， 因为受热膨胀， 被限制在燃烧室范围内， 形成非常大的压力， 燃烧的废气向后喷 出时， 喷出的尾气经过拉瓦尔喷管后速度达到了超音速。 随着膨胀， 速度增加， 压力降低， 温 度也稍有降低， 最后喷出的气体和大气混合， 大量热量被浪费掉。 0010 液态空气是将大自然的空气加压再降温后变成液态淡蓝色气体， 具有较低的气化 热和超低温的存储温度， 如果将液态空气和超高温、 超音速的尾焰混合后， 超高温、 超音速 的尾焰的热量将使超低温的液态空气迅速膨胀并气化， 液态空气由液体变成气体时， 在膨 胀到 1 个大气压的情况下， 体积会膨胀。

11、 800 倍以上， 体积剧烈膨胀， 会更增加火箭发动机的 推动力。 发明内容 0011 本发明的目的是， 通过混合使用液态空气介质， 充分利用燃料产生的热量， 减少环 境污染， 在保证同样推力的情况下， 大幅度降低燃料的使用量， 使成本降低， 同时由于所喷 射的尾焰气体的温度大副下降， 使所喷射的尾焰气体的红外特性和紫外特性大幅度降低 ； 使用空气液化得到的液态空气， 则尽可能利用自然界的资源， 最大限度利用燃料热能， 使对 说 明 书 CN 103758662 A 3 2/4 页 4 环境的污染降到最低。 0012 本发明针对上述问题， 提供一种液态空气混合动力的火箭发动机方法及设备。 00。

12、13 根据本发明的一个方面， 提供了一种液态空气混合动力的火箭发动机方法， 包括 以下步骤 ： 0014 S1， 火箭发动机设置液态空气储箱 ； 0015 S2， 火箭发动机后部最窄处的喉道部位设置液态空气喷嘴， 所述液态空气喷嘴通 过超低温液体泵连接液态空气储箱 ； 0016 S3， 所述液态空气储箱内装有液态空气 ； 0017 S4， 所述液态空气储箱中的液态空气在火箭发动机运行时喷出 ； 0018 S5， 所述液态空气储箱喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超高温、 超音速尾焰 气体相混合 ； 0019 S6， 液态空气喷嘴喷出的液态空气温度急剧升高、 气化膨胀， 增加火箭发动机的推 动力。。

13、 0020 进一步地， 所述步骤 S2 具体为 ： 火箭发动机后部最窄处的喉道部位设置液态空气 喷嘴， 所述液态空气喷嘴通过超低温液体泵连接液态空气储箱， 所述液态空气喷嘴和液态 空气储箱通过超低温液体泵密封连接。更进一步地， 所述步骤 S3 具体为 ： 在所述液态空气 储箱内装液态空气， 密封所述液态空气储箱。 0021 更进一步地， 所述步骤 S5 具体为 ： 所述液态空气喷嘴喷出的液态空气和火箭发动 机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体相混合， 超高温、 超音速的尾焰气体的热量使超低温的 液态空气迅速膨胀并气化， 液态空气由液体变成气体时， 液态空气体积会膨胀数百倍以上， 温度大幅度降低。。

14、 0022 更进一步地， 所述步骤 S6 具体为 ： 所述液态空气喷嘴喷出的液态空气和火箭发动 机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体混合后， 变成低温高压气体， 通过混合逐步完成， 气体 压力继续膨胀， 温度迅速降低， 随着液态空气喷嘴喷出气体的扩张， 火箭速度增加， 喷出物 质的总量增加， 发动机推力大幅度增加。 0023 根据本发明的又一方面， 提供了一种液态空气混合动力的火箭发动机设备， 包括 以下部分 ： 0024 液态空气储箱 ： 用以装载液态空气 ； 0025 超低温液体泵 ： 用以在火箭发动机运行时将液态空气输送到液态空气喷嘴喷出， 和火箭发动机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体相混。

15、合 ； 0026 液态空气喷嘴 ： 用以在火箭发动机运行时将液态空气喷出到火箭发动机后部最窄 处的喉道部位和火箭发动机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体相混合。 0027 所述液态空气储箱为内置式或外挂式的液态空气储箱。 0028 本发明的优点 ： 0029 1、 是现有火箭发动机技术的延续， 现有火箭发动机系统几乎不变 ； 0030 2、 高效率实现喷出的气体物理膨胀， 燃料利用率提高， 火箭发动机推力增加。 0031 3、 液态空气容易获取， 且低污染、 低成本。 0032 除了上面所描述的目的、 特征和优点之外， 本发明还有其它的目的、 特征和优点。 下面将参照图， 对本发明作进一步详细的。

16、说明。 说 明 书 CN 103758662 A 4 3/4 页 5 附图说明 0033 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 0034 图 1 是本发明的一种液态空气混合动力的火箭发动机方法流程图 ； 0035 图 2 是本发明的液态空气混合固体火箭发动机结构示意图 ； 0036 图 3 是本发明的外挂式液态空气混合固体火箭发动机结构示意图 ； 0037 图 4 是本发明的液态空气混合液体火箭发动机结构示意图。 0038 附图标记 ： 0039 1 为运载物、 2 为液态空气储箱、 3 为火箭、 。

17、4 为火箭发动机、 5 为超低温液体泵及 6 为液态空气喷嘴。 具体实施方式 0040 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0041 实施例 1 0042 参考图 1， 如图 1 所示的一种液态空气混合动力的火箭发动机方法， 包括以下步 骤 ： 0043 S1， 火箭发动机设置液态空气储箱 2 ； 0044 S2， 火箭发动机后部最窄处的喉道部位设置液态空气喷嘴 6， 所述液态空气喷嘴通 过超低温液体泵 5 连接液态空气储箱 2 ； 0045 。

18、S3， 所述液态空气储箱 2 内装有液态空气 ； 0046 S4， 所述液态空气储箱 2 中的液态空气在火箭发动机运行时喷出 ； 0047 S5， 所述液态空气储箱 2 喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超高温、 超音速尾 焰气体相混合 ； 0048 S6， 液态空气喷嘴 6 喷出的液态空气温度急剧升高、 气化膨胀， 增加火箭发动机的 推动力。 0049 所述步骤 S2 具体为 ： 火箭发动机后部最窄处的喉道部位设置液态空气喷嘴 6， 所 述液态空气喷嘴6通过超低温液体泵5连接液态空气储箱2， 所述液态空气喷嘴6和液态空 气储箱 2 通过超低温液体泵 5 密封连接。所述步骤 S3 具体为 ： 在。

19、所述液态空气储箱 2 内装 液态空气， 密封所述液态空气储箱 2。 0050 所述步骤S5具体为 ： 所述液态空气喷嘴6喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超 高温、 超音速的尾焰气体相混合， 超高温、 超音速的尾焰气体的热量使超低温的液态空气迅 速膨胀并气化， 液态空气由液体变成气体时， 液态空气体积会膨胀数百倍以上， 温度大幅度 降低。 0051 所述步骤S6具体为 ： 所述液态空气喷嘴2喷出的液态空气和火箭发动机喷出的超 高温、 超音速的尾焰气体混合后， 变成低温高压气体， 通过混合逐步完成， 气体压力继续膨 胀， 温度迅速降低， 随着液态空气喷嘴 2 喷出气体的扩张， 火箭速度增加， 喷出。

20、物质的总量 说 明 书 CN 103758662 A 5 4/4 页 6 增加， 发动机推力大幅度增加。 0052 实施例 2 0053 参考图 2 至图 4， 如图 2 至图 4 所示的一种液态空气混合动力的火箭发动机设备， 包括以下部分 ： 0054 液态空气储箱 2 ： 用以装载液态空气 ； 0055 超低温液体泵 5 ： 用以在火箭发动机运行时将液态空气输送到液态空气喷嘴 6 喷 出， 和火箭发动机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体相混合 ； 0056 液态空气喷嘴 6 ： 用以在火箭发动机运行时将液态空气喷出到火箭发动机后部最 窄处的喉道部位和火箭发动机喷出的超高温、 超音速的尾焰气体。

21、相混合。 0057 所述液态空气储箱 2 为内置式或外挂式的液态空气储箱 2。 0058 本发明可用于固体火箭发动机或也体火箭发动机或液固混合的火箭发动机， 最优 的为液固混合的火箭发动机。 0059 本发明中液态空气喷嘴在火箭发动机内的设计方式不限， 液态空气储液方式不 限， 可以为内置式、 外挂式或别的方式。 0060 本发明将通过化学反应产生高温， 使得介质因为温度升高而产生的的膨胀改变为 新增的液态空气因为受热而由液体变成气体而膨胀数百倍的物理反应， 提高燃料利用效 率， 提高经济性。 通过混合使用液态空气介质， 充分利用燃料产生的热量， 减少环境污染， 在 保证同样推力的情况下， 大幅度降低燃料的使用量， 使成本降低， 同时由于所喷射的气体的 温度大幅度下降， 使所喷射的红外特性和紫外特性大幅度降低， 几乎完全没有。 0061 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和 原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103758662 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103758662 A 7 2/2 页 8 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103758662 A 8 。