一种转膛式多脉冲固体火箭发动机

1.本发明属于航空航天技术领域，具体来说涉及一种转膛式多脉冲固体火箭发动机。


背景技术：

2.固体火箭发动机维护简单，安全性好，可靠性高，作为导弹和火箭的动力装置之一发挥了重要的作用。但是对于传统的固体火箭发动机而言，由于其为一次点火到位的动力装置，推进剂一旦被点燃便难以中断，因此无法实现推力的中止和多次启停。
3.目前固体变推力发动机、固体双脉冲发动机、固体姿轨控发动机等典型固体多脉冲发动机技术不断取得突破，已经研制出双脉冲发动机、三脉冲发动机乃至六脉冲发动机。这些多脉冲发动基本均采用隔仓式一体结构，主要为在火箭发动机的燃烧室内添加一至两个脉冲单元。但是，这种方案存在如下问题：增加燃烧室的体积与自由容积，增加了实际点火难度，脉冲单元与燃烧室相连使药柱更容易受到周围环境变化所产生的影响，能量分配离散化程度不高，很难实现发动机能量更高级数的分配与管理。


技术实现要素：

4.结合发明人在该领域的研究和实际经验，在此提出以下改进的技术方案。
5.一种转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于，包括：
6.转膛体，所述转膛体具有多个燃烧室，所述燃烧室用于容纳药柱；
7.供药装置，所述供药装置具有输药口，且所述输药口与所述转膛体的其中一个燃烧室轴向对齐；
8.推药装置，所述推药装置用于将所述输药口处的药柱推至所述其中一个燃烧室中；
9.转膛体旋转装置，用于使所述转膛体以一定角度旋转。
10.根据本发明的一个方面，所述供药装置包括储药匣和输药轴，所述输药轴与挡板连接，在所述输药轴上设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵靠于所述挡板，另一端抵靠于所述储药匣上的固定位置。
11.根据本发明的一个方面，所述储药匣内设置有储药空间，所述储药空间可以容纳至少两层药柱，且所述输药口处为锥形，所述输药口处仅能容纳一个药柱。
12.根据本发明的一个方面，所述转膛体旋转装置包括转膛体拨盘，所述转膛体拨盘具有：
13.扇形部，该扇形部的直径与转膛体的外周轮廓上的凹部的直径相同；
14.杆状部，设置在转膛体拨盘的与扇形部相对的另一侧，该杆状部具有横向延伸部，杆状部一端与扇形部连接，横向延伸部则能够与转膛体上的径向凹槽配合。
15.根据本发明的一个方面，所述径向凹槽以及所述凹部在周向上均匀布置，且其数量与所述燃烧室的数量相同。
16.根据本发明的一个方面，还包括凸轮曲线槽转轮、凸轮随动件，所述凸轮曲线槽转轮旋转能够使得所述凸轮随动件沿轴向移动或者在轴向上保持静止。
17.根据本发明的一个方面，所述凸轮随动件包括凸轮推杆和t形滑块，所述t形滑块与所述推药装置固定连接。
18.根据本发明的一个方面，还设置有清膛装置，所述清膛装置与所述推药装置分别位于所述t形滑块的两侧。
19.根据本发明的一个方面，还包括闭锁装置，所述闭锁装置包括闭锁支座和闭锁下机体，所述闭锁下机体能够在所述闭锁支座内沿轴向移动。
20.本发明还提出一种用于运行上述的转膛式多脉冲固体火箭发动机的方法，使所述转膛体旋转，并且在所述转膛体转过一定角度时，完成药柱的装填；重复上一步骤从而实现多脉冲点火。
21.综合上述技术方案可知，本发明具有以下有益技术效果：
22.提出了一种新型的转膛式多脉冲固体火箭发动机，从而能够实现多个药柱的依次装填和点火，由此实现固体火箭发动机的多脉冲点火。
附图说明
23.参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：
24.图1示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的立体示意图。
25.图2示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的主视图。
26.图3示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的储药匣的内部示意图。
27.图4示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的转膛体及拨盘的示意图。
28.图5示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的闭锁机构的总体示意图。
29.图6示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的闭锁下机体示意图。
30.图7示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的机头示意图。
具体实施方式
31.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
32.图1示出了本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机的立体示意图。
33.具体地，本发明的转膛式多脉冲固体火箭发动机包括储药和输药装置，结合图3可以看出，在储药匣3中，容纳有多个药柱。输药轴1的一部分位于储药匣3外部，一部分位于储药匣3内部。输药轴1在储药匣3内部的部分设置有压缩弹簧20，一端与挡板21连接。由此，挡板21以及输药轴1可以沿着储药匣3的长度方向移动，并且在压缩弹簧20的作用下，推动药柱22移动，从而使得药柱移出储药匣3。储药匣3的主体部分可以容纳两层药柱，而在储药匣3的末端部分，则具有锥形的收缩部，在此处仅能容纳一个药柱。药柱在储药匣3内部分两层设置，且在压缩弹簧20的作用下，挡板21推动药柱22移动，使得在储药匣3的末端部分容纳有一个药柱，末端部分也可以称为输药口。储药匣3的末端部分与转膛体4的一个药柱容纳腔对齐，而位于末端部分的药柱则能够在推药装置的作用下被推到转膛体4的药柱容纳腔内，从而完成药柱的装填。
34.在挡板21上，还设置有挡板限位杆2，如图1所示，以限制挡板21的位置。挡板限位
杆2可以沿着设置与储药匣3的侧壁上的槽移动。
35.转膛体4容纳于机架6中，并且能够绕自身的轴线转动。转膛体4的结构可以参见图4。转膛体4可以具有多个药柱容纳腔，例如6个。当然，也可以是其它数量，转膛体4的数量可以与其他机构的运动参数相匹配，以实现对应的功能。
36.在机架6上，靠近转膛体4的位置处设置有压力传感器5，用于检测转膛体4附近的压力变化。
37.下面对转膛体4如何旋转进行说明。在图1中，示出了动力源14，动力源可以是电机。进一步结合图2，动力源14输出旋转动力，并能够带动主动轴18旋转，转膛体拨盘19固定设置与主动轴18上，从而能够随着主动轴18的旋转而旋转。转膛体拨盘19的结构在图4中有更详细的绘示。具体地，转膛体拨盘19具有一个扇形部，该扇形部的直径与转膛体4的外周轮廓上的凹部的直径相同，从而使得在适当的位置，转膛体拨盘19旋转时，其扇形部与转膛体4的外周轮廓上的凹部彼此配合，此时转膛体拨盘19的旋转不会导致转膛体4的旋转。在转膛体拨盘19的与扇形部相对的另一侧，设置有杆状部，该杆状部具有横向延伸部，例如整个杆状部为l形，一端与扇形部连接，横向延伸部则能够深入到转膛体4的径向凹槽中，如图4所示。在图4所示的位置，转膛体拨盘19的横向延伸部刚好位于转膛体4的径向凹槽的最外端，当转膛体拨盘19继续旋转，横向延伸部拨动转膛体4旋转并且横向延伸部在径向上伸入到径向凹槽内部，从而使得转膛体4沿图示的箭头方向旋转，从而实现转膛体4的旋转。
38.在图4中还示出了装填位置、点火位置和清膛位置，该位置可以结合图1中的推药装置10、清膛装置11来理解。具体地，在对应的位置处，推药装置10、清膛装置11能够沿着转膛体的轴线移动，从而分别将储药匣3的末端部分的药柱推进到转膛体4内部，以及将燃烧过的药柱从转膛体4中推出。推药装置10、清膛装置11可以采用杆状的形式，并且二者固定连接。例如，二者可以通过图1中的t形滑块15连接。
39.下面对推药装置10、清膛装置11如何轴向移动进行说明。结合图1和图2，可以看出在主动轴18上，还设置有凸轮曲线槽转轮16。凸轮推杆13与t形滑块15固定连接，且能够与凸轮曲线槽转轮16，由此使得当凸轮曲线槽转轮16旋转时，随着凸轮曲线槽转轮16中的凸轮曲线槽的变化，凸轮推杆13与t形滑块15沿轴线移动或者在轴向上静止不动。图2中可以看出凸轮曲线槽转轮16中的凸轮曲线槽的一部分。凸轮推杆13可设置与凸轮推杆固定座12中。
40.在转膛体4的一侧，设置有机头7，而从图2中可以看出，在转膛体4的与机头7相对的另一侧设置有喷管17。
41.图5示出了机头7、闭锁下机体9和闭锁支座8三者的示意图。结合图1，闭锁支座8与机架固定连接，而机头7、闭锁下机体9则可以在闭锁支座8的内部沿着转膛体4的轴向移动。
42.如图6所示，在闭锁下机体9上，开设有两个轨道，这两个轨道分别包括开锁斜面和闭锁斜面，且开锁斜面比闭锁斜面更靠近转膛体的轴线。开锁斜面和闭锁斜面的延伸方向都平行于转膛体的轴线。
43.图7示出了机头7的俯视图。从图7中可以看出，机头7上设置有左闭锁片和右闭锁片，两个闭锁片能够与闭锁下机体上的开锁斜面和闭锁斜面配合，从而张开或者合拢。具体地，闭锁片一端连接至机头7，另一端则设置有柱状部，该柱状部位于两个轨道内，并且能够通过与开锁斜面和闭锁斜面接触而运动。由此，随着机头7沿轴线方向运动，闭锁片也跟随
机头7沿轴线方向运动，同时柱状部沿着轨道运动，从而两个闭锁片设置有柱状部的一端还在垂直于轴线的方向运动，即两个闭锁片的该端张开或者合拢。当运动到张开位置时，闭锁片的该端能够与闭锁支座抵靠。
44.进一步地，回到图5，结合图6和图7，可以看出，在闭锁支座上还设置有闭锁槽，闭锁片张开后可以与闭锁槽配合，从而实现可靠闭锁。
45.下面对本发明的固体火箭发动机的工作过程进行描述。
46.药柱在储药匣内被挡板推至末端，此时动力源带动主动轴逆时针转动，进而带动凸轮曲线槽转轮和拨盘转动；同时，凸轮曲线槽转轮带动t形滑块和凸轮推杆前后移动，拨盘带动转膛体转动。
47.当凸轮曲线槽转轮转动使t形滑块下端在凸轮曲线槽的后直线段中时，t形滑块与凸轮推杆静止，拨盘带动上方的转膛体旋转60度。此时上一个停止在点火位置的燃烧室转至清膛位置，装填位置的燃烧室携带上个循环已装填完毕的药柱转至点火位置，如图4。
48.当凸轮曲线槽转轮转动使t形滑块下端在凸轮曲线槽的斜直线段中时，t形滑块向前滑动带动推药杆和清膛杆向前，推药杆将输药口的药柱推入装填位置燃烧室中，清膛杆推进清膛位置进行清膛，同时t形滑块带动闭锁下机体向前，使机头中的左右闭锁片上的闭锁凸笋嵌入闭锁下机体的闭锁斜面中，此时t形滑块继续向前，带动闭锁下机体和机头继续向前滑动形成可靠闭锁。
49.对于闭锁过程而言，凸轮推杆带动闭锁下机体、左/右闭锁片和机头前进，当机头复进到位时，具有张开趋势的左、右闭锁片正好对准闭锁支座上的闭锁槽，并在闭锁下机体闭锁斜面的作用下迫使左、右闭锁片进入闭锁支座上的左右闭锁槽而可靠地进行闭锁。此时，闭锁下机体仍继续复进，走完闭锁自由行程而使闭锁更加可靠。
50.当凸轮曲线槽转轮转动使t形滑块下端在凸轮曲线槽的前直线段中时，整个装置处于闭锁状态，此时点火位置的燃烧室中进行点火燃烧。
51.当凸轮曲线槽转轮转动使t形滑块下端在凸轮曲线槽的第二斜直线段时，此时t形滑块向后滑动，带动闭锁下机体向后移动，闭锁下机体再带动机头向后移动。同时推弹杆和清膛杆也向后移动。
52.对于开锁过程而言，凸轮推杆带动闭锁下机体向后运动，走完开锁自由行程后，闭锁下机体上的开锁斜面作用于左右闭锁片凸笋，使左、右闭锁片收拢，然后带动机头向后运动，实现开锁。
53.当凸轮曲线槽转轮转动使t形滑块下端再次进入其后直线段时，继续按之前的工作程序循环。
54.上文描述的仅仅是有关本发明的精神和原理的示例性实施方式。本领域技术人员可以明白，在不背离所述精神和原理的前提下，可以对所描述的示例做出各种变化，这些变化及其各种等同方式均被本发明人所预想到，并落入由本发明的权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于，包括：转膛体，所述转膛体具有多个燃烧室，所述燃烧室用于容纳药柱；供药装置，所述供药装置具有输药口，且所述输药口与所述转膛体的其中一个燃烧室轴向对齐；推药装置，所述推药装置用于将所述输药口处的药柱推至所述其中一个燃烧室中；转膛体旋转装置，用于使所述转膛体以一定角度旋转。2.根据权利要求1所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：所述供药装置包括储药匣和输药轴，所述输药轴与挡板连接，在所述输药轴上设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵靠于所述挡板，另一端抵靠于所述储药匣上的固定位置。3.根据权利要求2所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：所述储药匣内设置有储药空间，所述储药空间可以容纳至少两层药柱，且所述输药口处为锥形，所述输药口处仅能容纳一个药柱。4.根据权利要求1-3中任一项所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：所述转膛体旋转装置包括转膛体拨盘，所述转膛体拨盘具有：扇形部，该扇形部的直径与转膛体的外周轮廓上的凹部的直径相同；杆状部，设置在转膛体拨盘的与扇形部相对的另一侧，该杆状部具有横向延伸部，杆状部一端与扇形部连接，横向延伸部则能够与转膛体上的径向凹槽配合。5.根据权利要求4所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：所述径向凹槽以及所述凹部在周向上均匀布置，且其数量与所述燃烧室的数量相同。6.根据权利要求1-3中任一项所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：还包括凸轮曲线槽转轮、凸轮随动件，所述凸轮曲线槽转轮旋转能够使得所述凸轮随动件沿轴向移动或者在轴向上保持静止。7.根据权利要求6所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：所述凸轮随动件包括凸轮推杆和t形滑块，所述t形滑块与所述推药装置固定连接。8.根据权利要求7所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：还设置有清膛装置，所述清膛装置与所述推药装置分别位于所述t形滑块的两侧。9.根据权利要求6所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机，其特征在于：还包括闭锁装置，所述闭锁装置包括闭锁支座和闭锁下机体，所述闭锁下机体能够在所述闭锁支座内沿轴向移动。10.一种用于运行根据权利要求1-9中任一项所述的转膛式多脉冲固体火箭发动机的方法，其特征在于：使所述转膛体旋转，并且在所述转膛体转过一定角度时，完成药柱的装填；重复上一步骤从而实现多脉冲点火。

技术总结
本发明涉及一种转膛式多脉冲固体火箭发动机，包括：转膛体，所述转膛体具有多个燃烧室，所述燃烧室用于容纳药柱；供药装置，所述供药装置具有输药口，且所述输药口与所述转膛体的其中一个燃烧室轴向对齐；推药装置，所述推药装置用于将所述输药口处的药柱推至所述其中一个燃烧室中；转膛体旋转装置，用于使所述转膛体以一定角度旋转。本发明提出了一种新型的转膛式多脉冲固体火箭发动机，从而能够实现多个药柱的依次装填和点火，由此实现固体火箭发动机的多脉冲点火。发动机的多脉冲点火。发动机的多脉冲点火。


技术研发人员：周东谟 张泽栋 魏钰文 惠步青 杨臻
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/6/27