CN103541832A - 一种发动机燃料供应系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机燃料供应系统，包括气瓶、减压器、液体贮箱、液体节流件、液体电磁阀、气体节流件、气体电磁阀；分气体和液体燃料供应两部分，气瓶、减压器为两部分共用件，气瓶、减压器、液体贮箱、液体节流件、液体电磁阀顺序连接，构成液体燃料供应管路；气瓶、减压器、气体节流件、气体电磁阀顺序连接，构成气体燃料供应管路。本发明采用气体流量作为液体燃料的挤压工质，气体燃料供应部分和液体燃料供应部分共用气瓶和减压器，简化了系统，提高了可靠性，降低了质量和体积；采用气体节流件调节气体燃料流量、采用液体节流件调节液体燃料流量，解决了气体燃料供应部分和液体燃料供应部分共用减压器带来的压力匹配难题。

Description

一种发动机燃料供应系统

技术领域

本发明属于火箭发动机和冲压发动机技术领域，涉及一种发动机的燃烧供应系统。

背景技术

燃料供应系统是火箭、冲压发动机的重要部件，其功能是提供发动机正常工作所需的燃料，并满足燃料供应流量与压力的要求。要求系统工作稳定、质量轻、体积小、可靠性高。液体燃料发动机一般有泵压式和挤压式两种燃料供应方式，其中挤压式系统应用于发动机总冲或推进剂量相对较小，燃烧室压力较低，发动机推重比较小等场合，特别适用于总冲小的火箭发动机和短时间工作的冲压发动机。气液双燃料发动机是一种新形发动机，目前还没有可以同时供应气、液双燃料的发动机燃料供应系统。

发明内容

为解决气液双燃料发动机燃料供应问题，本发明提供一种发动机燃料供应系统。

一种发动机燃料供应系统，包括气瓶、减压器、液体贮箱、液体节流件、液体电磁阀、气体节流件、气体电磁阀；系统分为气体燃料供应和液体燃料供应两部分，气瓶、减压器为两部分共用件，气瓶、减压器、液体贮箱、液体节流件、液体电磁阀顺序连接，构成液体燃料供应管路；气瓶、减压器、气体节流件、气体电磁阀顺序连接，构成气体燃料供应管路。

所述液体燃料贮箱为双层结构，外层为金属密闭箱体，内层为密封橡胶囊，液体燃料存贮在橡胶囊内，挤压气体存贮在金属密闭箱体和橡胶囊之间。

本发明适用于采用气、液双燃料的火箭和冲压发动机。采用本发明可以达到以下技术效果：

1)采用气体流量作为液体燃料的挤压工质，气体燃料供应部分和液体燃料供应部分共用气瓶和减压器，简化了系统，提高了可靠性，降低了质量和体积；

2)采用气体节流件调节气体燃料流量、采用液体节流件调节液体燃料流量，解决了气体燃料供应部分和液体燃料供应部分共用减压器带来的压力匹配难题。

附图说明

图1是本发明的燃料供应系统原理示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1是本发明的燃料供应系统原理示意图。该系统包括气瓶1、减压器2、液体贮箱21、液体节流件22、液体电磁阀23、气体节流件11、气体电磁阀12，系统分为气体燃料供应和液体燃料供应两部分，气瓶1、减压器2为两部分共用件，气瓶1、减压器2、液体贮箱21、液体节流件22、液体电磁阀23顺序连接，构成液体燃料供应管路；气瓶1、减压器2、气体节流件11、气体电磁阀12顺序连接，构成气体燃料供应管路。系统工作原理如下，气体燃料供应部分：存储在气瓶1里的高压气体，流过减压器2，压力降低到设计压力值，继续流过气体节流件11，最后通过气体电磁阀12，流向发动机。液体燃料供应部分：引出一路流过减压器2的气体做为挤压气体，至液体燃料贮箱21的挤压气腔，在气体挤压作用下，存储在液体燃料贮箱21燃料腔的液体燃料流出，经过液体节流件22，最后通过液体电磁阀23，流向发动机。

液体燃料贮箱21为双层结构，外层为金属密闭箱体，内层为密封橡胶囊，液体燃料存贮在橡胶囊内，挤压气体存贮在金属密闭箱体和橡胶囊之间，通过调整挤压气体的压力，将液体燃料挤出液体燃料贮箱21。

基于设定的减压器2出口压力值，通过设计合适的气体节流件11节流孔直径，可以满足气体燃料流量要求；基于设定的减压器2出口压力值，通过设计合适的液体节流件22节流孔直径，可以满足液体燃料流量要求。

气体节流件22节流孔直径d_g设计公式：

$d_g=2\·{\left(\frac{m_g}{\mathrm{\π}\·C_g\·P}\right)}^{\frac{1}{2}}\·{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{-\frac{\mathrm{\γ}+1}{4(\mathrm{\γ}-1)}}\·{\left(\frac{R\·T}{\mathrm{\γ}}\right)}^{\frac{1}{4}}$

其中m_g为气体燃料流量、C_g为气体节流件流量系数、γ为气体燃料的比热比、R为气体燃料的气体常数，T为减压器2出口气体温度，P为减压器2出口气体压力。

液体节流件11节流孔直径d₁设计公式：

$d_1=2\·{\left(\frac{m_1}{\mathrm{\π}\·C_1}\right)}^{\frac{1}{2}}\·{(2\·\mathrm{\ρ}\·P)}^{-\frac{1}{4}}$

其中m₁为液体燃料流量、C₁为液体节流件流量系数、ρ为液体燃料密度、P为减压器2出口气体压力。

气瓶1充气压力30-80MPa，以减小系统体积。

气体减压器2出口压力2～10MPa，以提高气液两路供应压力的匹配性能。

本发明已经成功应用于氢气、煤油双燃料超燃冲压发动机，该燃料供应系统气瓶充气压力40MPa，减压器出口压力4.5MPa，液体贮箱为囊式贮箱。试验表明该系统能够实现氢气燃料、氢气+煤油双燃料、煤油燃料三种工作模式，燃料供应流量稳定，工作可靠。

Claims (3)

1.一种发动机燃料供应系统，其特征是包括气瓶(1)、减压器(2)、液体贮箱(21)、液体节流件(22)、液体电磁阀(23)、气体节流件(11)、气体电磁阀(12)；系统分为气体燃料供应和液体燃料供应两部分，气瓶(1)、减压器(2)为两部分共用件，气瓶(1)、减压器(2)、液体贮箱(21)、液体节流件(22)、液体电磁阀(23)顺序连接，构成液体燃料供应管路；气瓶(1)、减压器(2)、气体节流件(11)、气体电磁阀(12)顺序连接，构成气体燃料供应管路。

2.如权利要求1所述的发动机燃料供应系统，其特征是所述的液体燃料贮箱(21)为双层结构，外层为金属密闭箱体，内层为密封橡胶囊，液体燃料存贮在橡胶囊内，挤压气体存贮在金属密闭箱体和橡胶囊之间。

3.如权利要求1或2所述的发动机燃料供应系统，其特征是

气体节流件(22)节流孔直径d_g设计公式：

$d_g=2\·{\left(\frac{m_g}{\mathrm{\π}\·C_g\·P}\right)}^{\frac{1}{2}}\·{\left(\frac{2}{\mathrm{\γ}+1}\right)}^{-\frac{\mathrm{\γ}+1}{4(\mathrm{\γ}-1)}}\·{\left(\frac{R\·T}{\mathrm{\γ}}\right)}^{\frac{1}{4}}$

其中m_g为气体燃料流量、C_g为气体节流件流量系数、γ为气体燃料的比热比、R为气体燃料的气体常数，T为减压器2出口气体温度，P为减压器2出口气体压力；

液体节流件(11)节流孔直径d₁设计公式：

$d_1=2\·{\left(\frac{m_1}{\mathrm{\π}\·C_1}\right)}^{\frac{1}{2}}\·{(2\·\mathrm{\ρ}\·P)}^{-\frac{1}{4}}$

其中m₁为液体燃料流量、C₁为液体节流件流量系数、ρ为液体燃料密度、P为减压器2出口气体压力。

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