沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭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1/5。，還有可能將費(fèi)用降至1%，這是多么有誘惑力的巨大節(jié)省能源及金錢的好方法啊！這使空天飛機(jī)在即將到來的空間商務(wù)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭可以在零速起飛、主動(dòng)吸氣及燃料與空氣的混合是靠頭部小火箭I驅(qū)動(dòng)射流吸氣裝置(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6為射流吸氣裝置)完成的，當(dāng)火箭的速度使迎面需來的空氣產(chǎn)生的壓力能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，進(jìn)入沖壓吸氣工作方式，沖壓的壓力能夠滿足制氧條件時(shí)，在飛行中可以制造氧氣，進(jìn)入太空時(shí)關(guān)閉所有的閥門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，使沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭返回地面，沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭是可以反復(fù)使用的火箭，沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭的工作原理是依據(jù)美國(guó)工程師將拉瓦爾噴嘴，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)及制氧系統(tǒng)中，使火箭飛行的更快及制氧效率更高。
【附圖說明】
[0004]圖1是多根內(nèi)吸氣涵道沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭圖，如圖1所示，當(dāng)火箭速度產(chǎn)生的壓力，能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭I停止工作，由于高速將大氣層的空氣沖壓至4根內(nèi)吸氣涵道2，續(xù)至吸氣室4，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體及固體燃料、使火箭燃料及空氣進(jìn)入擴(kuò)散管中混合，空氣經(jīng)過擴(kuò)散管6 (此管上的閥門處于常開狀態(tài))進(jìn)入箭燃燒室7。另一部分空氣，由吸氣室4經(jīng)兩根沖壓吸氣管16 (根據(jù)需要將這兩根管的空氣進(jìn)口處設(shè)計(jì)成拉瓦光爾噴嘴，開啟這兩根管上的閥門8，可以在空氣進(jìn)口處加注燃料及設(shè)置點(diǎn)火處)，在點(diǎn)火處9點(diǎn)火，空氣及燃料在燃燒室7中燃燒產(chǎn)生的火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴17，噴入擴(kuò)散管19中，拉瓦爾噴嘴17與擴(kuò)散管19設(shè)有間隙，真空室18會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料中的噴射器部份)，拉瓦噴嘴17會(huì)產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴17的正壓來自于燃燒室7，負(fù)壓來自于真空室18，因此當(dāng)火焰從火箭噴管20噴出后，使火箭飛行的更快，當(dāng)火箭飛行的速度產(chǎn)生的壓力能夠滿足制氧條件時(shí)，空氣被沖壓至制氧吸氣管13(將此管的空氣進(jìn)口處設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，開啟此管上的閥門8)的拉瓦爾噴嘴、撞入制氧設(shè)備14制氧、制氧后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧氣體排出管15 (開啟這兩根管上的閥門8)，排入真空室18、經(jīng)擴(kuò)散管19從火箭噴管20排出，制氧吸氣管13的拉瓦爾噴嘴的正壓來自于被沖壓進(jìn)來的空氣，負(fù)壓來自于真空室18，為此制氧過程就有了拉瓦爾效應(yīng)，因此火箭在飛行中制氧的效率會(huì)更高。
[0005]圖2是多根內(nèi)吸氣涵道與單個(gè)外吸氣涵道沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭圖，如附圖2所示，當(dāng)火箭速度能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，由于高速可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，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，進(jìn)入擴(kuò)散管6，另一部分空氣，由外吸氣涵道3經(jīng)兩根沖壓吸氣管16(根據(jù)需要可以將這兩根管設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，在這兩根管的空氣進(jìn)口處設(shè)置加注燃料及點(diǎn)火處、并開啟這兩根管道上的閥門8)，空氣進(jìn)入擴(kuò)散管6的大喇叭口與大喇叭口中的空氣與燃料混合，在點(diǎn)火處9點(diǎn)火，在燃燒室7中燃燒產(chǎn)生的火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴17噴入擴(kuò)散管19中，拉瓦爾噴嘴17與擴(kuò)散管19設(shè)有間隙(這是產(chǎn)生真空的重要指示)，真空室18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17會(huì)產(chǎn)生拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴17的正壓來自于燃燒室7，負(fù)壓來自于真空室18，因此當(dāng)火焰從火箭噴管20噴出后，使火箭飛行的更快，當(dāng)火箭的飛行速度使空氣產(chǎn)生的沖壓壓力能夠滿足制氧壓力時(shí)，空氣被沖壓至制氧吸氣管13(將此管的空氣進(jìn)口處設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，開啟此管上的閥門8)的拉瓦爾噴嘴、撞入制氧設(shè)備14制氧、制氧后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧氣體排出管15(開啟這兩根管上的閥門8)，排入真空室18、經(jīng)擴(kuò)散管19從火箭噴管20排出，制氧吸氣管13的拉瓦爾噴嘴的正壓來自于被沖壓進(jìn)來的空氣，負(fù)壓來自于真空室18，為此制氧過程就有了拉瓦爾效應(yīng)，因此火箭在飛行中制氧的效率會(huì)更高。
[0006]圖3是單個(gè)外吸氣涵道沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭圖，如圖3所示，當(dāng)火箭速度能滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭I停止工作，高速度使空氣產(chǎn)生的壓力，將大氣層的空氣沖壓到外吸氣涵道3，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭燃料，另一部分空氣，由外吸氣涵3被沖壓進(jìn)入兩根沖壓吸氣管道16 (根據(jù)需要可以將這兩根管設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，在空氣進(jìn)口處設(shè)置燃料加注點(diǎn)及點(diǎn)火處，并開啟這兩根管道上的閥門8)，匯入擴(kuò)散管6的大喇叭口與擴(kuò)散管6的中的空氣與火箭燃料一同被推入火箭燃燒室7中，在點(diǎn)火處9點(diǎn)火，在燃燒室7中燃燒產(chǎn)生的火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴17噴入擴(kuò)散管19中，拉瓦爾噴嘴17與擴(kuò)散管19設(shè)有間隙(是產(chǎn)生真空的重要指示)，真空室18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)，拉瓦噴嘴17會(huì)產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴17的正壓來自于燃燒室7，負(fù)壓來自于真空室18)，因此當(dāng)火焰從火箭噴管20噴出后，使火箭飛行的更快，當(dāng)火箭飛行的速度使空氣產(chǎn)生的壓力，能滿足制氧條件時(shí)，空氣被沖壓至制氧吸氣管13(將此管的空氣進(jìn)口處設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，開啟此管上的閥門8)的拉瓦爾噴嘴、撞入制氧設(shè)備14制氧、制氧后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧氣體排出管15(開啟這兩根管上的閥門8)，排入真空室18、經(jīng)擴(kuò)散管19從火箭噴管20排出，制氧吸氣管13的拉瓦爾噴嘴的正壓來自于被沖壓進(jìn)來的空氣，負(fù)壓來自于真空室18，為此制氧過程就有了拉瓦爾效應(yīng)，因此火箭在飛行中制氧的效率會(huì)更高。
[0007]圖4是多根枝叉樹枝狀內(nèi)吸氣涵道沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭圖，如圖4所示，當(dāng)火箭飛行的速度頭部小火箭I停止工作，火箭的高速度使空氣產(chǎn)生的沖壓壓力能滿足沖壓吸氣條件時(shí)，，將大氣層的空氣沖壓至多根枝叉樹枝狀內(nèi)吸氣涵道2中，經(jīng)內(nèi)吸氣涵道喇叭口 12，進(jìn)入擴(kuò)散管6中，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注火箭液體及固體燃料、另一部分空氣經(jīng)兩根沖壓吸氣管道16 (根據(jù)需要可以將這兩根管設(shè)計(jì)成拉瓦瓦爾噴嘴，這兩根管空氣進(jìn)口處設(shè)置燃料加注點(diǎn)及點(diǎn)火處，并開啟這兩個(gè)管道上的閥門8)，匯入擴(kuò)散管6大喇叭口中，續(xù)進(jìn)入火箭燃燒室7中，在點(diǎn)火處9點(diǎn)火，在燃燒室7中燃燒產(chǎn)生的火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴17噴入擴(kuò)散管19中，拉瓦爾噴嘴17與擴(kuò)散管19設(shè)有間隙(間隙的距離是產(chǎn)生真空的重要指示)，真空室18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)，拉瓦噴嘴17會(huì)產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴17的正壓來自于燃燒室7，負(fù)壓來自于真空室18，請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料中的拉瓦爾噴嘴部分)，因此當(dāng)火焰從火箭噴管20以噴出后，使火箭飛行的更快，當(dāng)火箭的速度產(chǎn)生的壓力能夠滿足制氧條件時(shí)，空氣被沖壓至制氧吸氣管13(將此管的空氣進(jìn)口處設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，開啟此管上的閥門8)的拉瓦爾噴嘴、撞入制氧設(shè)備14制氧、制氧后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧氣體排出管15 (開啟這兩根管上的閥門8)，排入真空室18、經(jīng)擴(kuò)散管19從火箭噴管20排出，制氧吸氣管13的拉瓦爾噴嘴的正壓來自于被沖壓進(jìn)來的空氣，負(fù)壓來自于真空室18，為此制氧過程就有了拉瓦爾效應(yīng)，因此火箭在飛行中制氧的效率會(huì)更高。
[0008]圖5是沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭設(shè)備及部件名細(xì)表。
【具體實(shí)施方式】
[0009]沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭由以下設(shè)備及部件的組成，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6。火箭燃燒室7、閥門8、點(diǎn)火處9、燃料加注點(diǎn)(a) 10、燃料加注點(diǎn)(b) 11、拉瓦爾噴嘴12、制氧吸氣管13、制氧設(shè)備
14、非氧排出管15，沖壓吸氣管16、拉瓦爾噴嘴17、真空室18、擴(kuò)散管19、火箭噴管20、火箭外殼21。
[0010]如圖4所示:頭部小火箭I點(diǎn)火后，產(chǎn)生高溫、高壓的火焰氣流，從拉瓦爾噴嘴5(噴嘴群)的火焰以漏斗狀噴射，交于一點(diǎn)，漏斗狀火焰中心會(huì)產(chǎn)生真空(原理近似于流體漩渦)，將空氣經(jīng)樹枝狀內(nèi)吸氣涵道2吸入至吸氣室4中，并高速噴射至擴(kuò)散管6中，拉瓦爾噴嘴5(噴嘴群)的火焰以漏斗狀交于一點(diǎn)，火焰交點(diǎn)與擴(kuò)散管6之間設(shè)置好距離(是真空產(chǎn)生重要指標(biāo))，將空氣吸入被拉與噴嘴5 (噴嘴群)噴入擴(kuò)散管6中，吸氣室4會(huì)產(chǎn)生真空(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料中的噴射器部分)，真空會(huì)增強(qiáng)吸氣及拉瓦爾噴嘴5 (噴嘴群)的強(qiáng)度，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，在擴(kuò)散管6混合，在點(diǎn)火處9點(diǎn)燃，在燃燒室7中燃燒產(chǎn)生的火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴17，噴入擴(kuò)散管19中，拉瓦爾噴嘴17與擴(kuò)散管19設(shè)有間隙，因此真空室18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17產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴17的正壓來自于燃燒室7，負(fù)壓來自于真空室18，因此當(dāng)火焰從火箭噴管20噴出后，使火箭飛行的更快，當(dāng)飛行速度能夠滿足沖壓吸條件時(shí)，頭部小火箭停止工作，一部分空氣及燃料，經(jīng)吸氣室4進(jìn)入擴(kuò)散管6中，在燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11加注燃料，另一部分空氣經(jīng)兩根沖壓吸氣管16(開啟這系統(tǒng)上的閥門8，可將沖壓吸氣管設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴狀，如果需要也可以在這兩根管空氣進(jìn)口處設(shè)置燃料加注點(diǎn)及點(diǎn)火處)匯入擴(kuò)散管6的大喇叭口中與擴(kuò)散管6中的空氣與火箭燃料一同進(jìn)入燃燒室7中，在點(diǎn)火處9點(diǎn)火后，在燃料室7中燃燒，在燃燒室7中燃燒產(chǎn)生的火焰氣流經(jīng)拉瓦爾噴嘴17，噴入擴(kuò)散管19中，拉瓦爾噴嘴17與擴(kuò)散管19設(shè)有間隙，因此真空室18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17產(chǎn)生了拉瓦爾噴嘴效應(yīng)(拉瓦爾噴嘴17的正壓來自于燃燒室7，負(fù)壓來自于真空室18，因此當(dāng)火焰從火箭噴管20噴出后，使火箭飛行的更快。當(dāng)火箭飛行的速度使空氣產(chǎn)生的沖壓壓力能夠滿足制氧條件時(shí)，空氣被沖壓至制氧吸氣管13(將此管的空氣進(jìn)口處設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，開啟此管上的閥門8)的拉瓦爾噴嘴、撞入制氧設(shè)備14制氧、制氧后的非氧氣體及雜質(zhì)經(jīng)非氧氣體排出管15(開啟這兩根管上的閥門8)，排入真空室18、經(jīng)擴(kuò)散管19從火箭噴管20排出，制氧吸氣管13的拉瓦爾噴嘴的正壓來自于被沖壓進(jìn)來的空氣，負(fù)壓來自于真空室18，為此制氧過程就有了拉瓦爾效應(yīng)，因此火箭在飛行中制氧的效率會(huì)更高。
[0012]進(jìn)入太空后關(guān)閉所有閥門8，使燃燒室7能滿足太空飛行需要。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.沖壓拉瓦爾噴嘴效應(yīng)推進(jìn)及制氧火箭是由以下設(shè)備及部件組成:由頭部小火箭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6，火箭燃燒室7、閥門8、點(diǎn)火處9、燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11、拉瓦爾噴嘴12、制氧吸氣管13、制氧設(shè)備14、非氧排出管15、沖壓吸氣管16，拉瓦爾噴嘴17、真空室18、擴(kuò)散管19、火箭噴管20、火箭外殼21組成。2.利用火箭飛行使空氣產(chǎn)生的沖壓的壓力來制氧/瓦瓦爾噴嘴12的位置設(shè)置/制氧吸氣管16上設(shè)置的閥門8、非氣排出管15上設(shè)置的閥門8/制氧吸氣管13上設(shè)置的閥門8/擴(kuò)散管6上的閥門8的位置設(shè)置/燃料加注點(diǎn)10及燃料加注點(diǎn)11位置的設(shè)置/沖壓吸氣管16可以設(shè)計(jì)成拉瓦爾噴嘴，也可以設(shè)計(jì)成管狀，還可以在此管空氣進(jìn)口處設(shè)置燃料加注點(diǎn)及點(diǎn)火處/可將制氧吸氣管13設(shè)計(jì)成管狀、拉瓦爾噴嘴狀、喇叭口狀/將拉瓦爾噴嘴效應(yīng)技術(shù)，應(yīng)用在火箭飛行的制氧及推進(jìn)系統(tǒng)中。3.噴射器(請(qǐng)閱實(shí)質(zhì)審查參考資料噴射器部份)真空工作原理，用在火箭在大氣層中吸氣工作中/拉瓦爾噴嘴效應(yīng)裝置(拉瓦爾噴嘴17、真空室18、擴(kuò)散管19)的設(shè)計(jì)/沖壓吸氣管16的進(jìn)氣管，接至樹枝狀內(nèi)吸氣涵2的枝叉上/制氧吸氣管13的進(jìn)氣，接至樹枝狀內(nèi)吸氣涵2的枝叉上/當(dāng)火箭速度使沖壓的壓力能夠滿足沖壓吸氣條件時(shí)，頭部小火箭I停止工作，進(jìn)入沖壓吸氣方式/火箭在大氣層飛行中制造氧氣/吸氣火箭飛出大氣層進(jìn)入太空，關(guān)閉閥門8使火箭燃燒室7能滿足太空飛行要求。4.多根內(nèi)吸氣涵道-------1枚頭部小火箭1-------1個(gè)吸氣室4-----1個(gè)拉瓦爾噴嘴5------1個(gè)擴(kuò)散管6-------1個(gè)燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11-------1個(gè)沖壓吸氣管16------1個(gè)點(diǎn)火處9------1個(gè)制氧吸氣管13-----1個(gè)制氧設(shè)備14-------1個(gè)非氧排出管15------1個(gè)火箭燃燒室7-------1個(gè)拉瓦爾噴嘴17-----1個(gè)真空室18------1個(gè)擴(kuò)散管19-------1個(gè)火箭噴管20/多根內(nèi)吸氣涵道-------多枚頭部小火箭1-------1個(gè)吸氣室4-----1個(gè)拉瓦爾噴嘴5------1個(gè)擴(kuò)散管6-------1個(gè)燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11-------1個(gè)沖壓吸氣管16------1個(gè)點(diǎn)火處9------1個(gè)制氧吸氣管13-----1個(gè)制氧設(shè)備14-------1個(gè)非氧排出管15------1個(gè)火箭燃燒室7-------1個(gè)拉瓦爾噴嘴17——I個(gè)真空室18------1個(gè)擴(kuò)散管19-------1個(gè)火箭噴管20/多根內(nèi)吸氣涵道-------多枚頭部小火箭1-------多個(gè)吸氣室4——I個(gè)拉瓦爾噴嘴5------1個(gè)擴(kuò)散管6-------1個(gè)燃料加注點(diǎn)10、燃料加注點(diǎn)11-------1個(gè)沖壓吸氣管16------1個(gè)點(diǎn)火處9------1個(gè)制氧吸氣管13-----1個(gè)制氧設(shè)備14-------1個(gè)非氧排出管15------1個(gè)火箭燃燒室7-------1個(gè)拉瓦爾噴嘴17-----1個(gè)真空室18------1個(gè)擴(kuò)散管19-------1個(gè)火箭噴管20/多根內(nèi)吸氣涵道-------多枚頭部小火箭1-------多個(gè)吸氣室4——多個(gè)拉瓦爾噴嘴5------1個(gè)擴(kuò)散管6-------1個(gè)