一种泵后摆发动机、推进器及运载火箭的制作方法

本发明涉及航天发动机，具体涉及一种泵后摆发动机、推进器及运载火箭。

背景技术：

1、液体火箭发动机的动力主要依靠液态推进剂（如煤油、甲烷、氧气）的燃烧驱动火箭飞行，液态推进剂通过管道输送火箭发动机的涡轮泵，经涡轮泵增压后引入推力室燃烧经喷管喷出产生推力，推力矢量的控制则通过摇摆推力室（泵后摆）或发动机主体（泵前摆）的方式来实现。与泵前摆发动机相比，泵后摆发动机由于只摇摆推力室，摆动部分质量小，尺寸短、几乎无质量偏心，具有所需摇摆力矩小、控制相对容易的优点。

2、传统的泵后摆发动机均采用环绕式波纹管十字常平座总体布局方式，即将涡轮泵固定连接于机架上，推进剂则通过泵后管引到摆轴平面，并环绕常平环沿相互垂直的两方向设置两段波纹管，然后再引入推力室，从而不可避免地带来发动机结构尺寸大，进而在导致管道长度比较大，拐弯比较多，尤其对于大推力高室压的液体火箭发动机，会导致从泵后输送到推力室的推进剂流路长、拐弯多、流阻损失大、摇摆阻力矩相对较大，从而影响发动机性能的问题。

3、因此，需要提供一种泵后摆发动机、推进器及运载火箭以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种泵后摆发动机、推进器及运载火箭，以解决现有的泵后摆发动机将涡轮泵固定连接于机架上，推进剂则通过泵后管引到摆轴平面，并环绕常平环沿相互垂直的两方向设置两段波纹管，然后再引入推力室，从而不可避免地带来发动机结构尺寸大，进而导致管道长度比较大，拐弯比较多，尤其对于大推力高室压的液体火箭发动机，会导致从泵后输送到推力室的推进剂流路长、拐弯多、流阻损失大、摇摆阻力矩相对较大，从而影响发动机性能的问题。

2、本发明的一种泵后摆发动机、推进器及运载火箭采用如下技术方案，包括：

3、氧化剂波纹管，其一端与推力室的进口连通，其另一端与氧化剂泵的泵出口弯管连通，其中，泵出口弯管固定在机架上；

4、y型管，其水平设置，且其单管道端口与燃料泵的出口管道转动连接且连通，其双管道端口各通过一个连接管道与冷却套集液环的进口管道连接；

5、以及驱动组件，其用于驱动推力室绕燃料泵的出口管道处的转动中心线方向和/或者垂直转动中心线的方向进行摆动。

6、优选地，在驱动组件用于驱动推力室绕燃料泵的出口管道处的转动中心线方向和垂直转动中心线方向进行摆动时，驱动组件包括两个直线驱动组件，直线驱动组件的一端与机架通过上万向节连接，直线驱动组件的另一端与推力室的圆周面通过下万向节连接，两个直线驱动组件的驱动方向所在的平面垂直，其中一个直线驱动组件的驱动方向所在平面与燃料泵出口管道的转动中心线所在平面共面，且连接管道为波纹管。

7、优选地，机架的机架传力座底部通过第一转轴与水平设置的常平环转动连接，推力室的推力室传力座顶部通过第二转轴与常平环转动连接，第一转轴与第二转轴垂直，且第一转轴和燃料泵的出口管道处的转动中心线同轴。

8、优选地，在驱动组件用于驱动推力室绕燃料泵的出口管道处的转动中心线方向或者垂直转动中心线方向进行摆动时，驱动组件包括一个直线驱动组件，直线驱动组件的一端与机架铰接，其另一端与推力室的圆周面铰接。

9、优选地，在驱动组件仅用于驱动推力室绕燃料泵的出口管道处的转动中心线方向摆动时，燃料泵的出口管道的转动中心线所在的竖直平面与直线驱动组件的驱动方向所在的竖直平面垂直，且y型管的双管道端口的连接管道为直管或者波纹管，机架的机架传力座底部通过第三转轴与推力室传力座转动连接，第三转轴与燃料泵的出口管道处的转动中心线同轴。

10、优选地，在驱动组件仅用于驱动推力室绕垂直转动中心线方向进行摆动时，燃料泵的出口管道的转动中心线与直线驱动组件的驱动方向位于同一平面，且y型管的双管道端口的连接管道为波纹管，机架的机架传力座底部通过第四转轴与推力室传力座转动连接，第四转轴与燃料泵的出口管道处的转动中心线垂直。

11、优选地，y型管的单管道端口与燃料泵出口管道的转动连接处设置有旋转动密封。

12、优选地，机架上设置有压板，其中，泵出口弯管的出口端穿过压板后与氧化剂波纹管的端口连接。

13、一种推进器，包括本发明公开的泵后摆发动机。

14、一种运载火箭，包括本发明公开的至少一个推进器。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明通过将泵后摆发动机中的氧化剂泵的泵出口弯管直接与机架固定，然后泵出口弯管通过氧化剂波纹管与推力室的进口连通，即本发明的氧化剂泵的泵出口弯管仅有一个拐弯且缩短了泵出口弯管的尺寸长度，并采用燃料泵的出口管道转动连接y型管结合连接管道的方式，使得本发明的燃料泵的出口管道仅经一个y型管的拐弯和连接管道即可引入到冷却套集液环的进口管道内，有效避免了传统的氧化剂泵和燃料泵得泵后的管道引到摆轴平面，再环绕常平环沿相互垂直的两方向设置两段波纹管形成的环绕布局方式，即有效缩短氧化剂泵和燃料泵的泵后管道长度和拐弯数，从而降低管道流阻，提升发动机的性能。

17、2、本发明中燃料泵的出口管道与y型管的单管道端口的转动连接处采用旋转动密封，由于旋转动密封摩擦阻力矩很小，远低于传统的直接连接高压波纹管时高压波纹管的（在充高压下刚度很大）弯曲力矩，故本发明能有效降低泵后摆时的阻力矩，进而有效降低伺服作动机构的功率和结构重量，进一步即可减小发动机的质量。

技术特征：

1.一种泵后摆发动机，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，在驱动组件用于驱动推力室（11）绕燃料泵（2）的出口管道处的转动中心线方向和垂直转动中心线方向进行摆动时，驱动组件包括两个直线驱动组件，直线驱动组件的一端与机架（20）通过上万向节（14）连接，直线驱动组件的另一端与推力室（11）的圆周面通过下万向节（10）连接，两个直线驱动组件的驱动方向所在的平面垂直，其中一个直线驱动组件的驱动方向所在平面与燃料泵（2）出口管道的转动中心线所在平面共面，且连接管道（6）为波纹管。

3.根据权利要求2所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，机架（20）的机架传力座（17）底部通过第一转轴（15）与水平设置的常平环（13）转动连接，推力室（11）的推力室传力座（12）顶部通过第二转轴（16）与常平环（13）转动连接，第一转轴（15）与第二转轴（16）垂直，且第一转轴（15）和燃料泵（2）的出口管道处的转动中心线同轴。

4.根据权利要求1所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，在驱动组件用于驱动推力室（11）绕燃料泵（2）的出口管道处的转动中心线方向或者垂直转动中心线方向进行摆动时，驱动组件包括一个直线驱动组件，直线驱动组件的一端与机架（20）铰接，其另一端与推力室（11）的圆周面铰接。

5.根据权利要求4所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，在驱动组件仅用于驱动推力室（11）绕燃料泵（2）的出口管道处的转动中心线方向摆动时，燃料泵（2）的出口管道的转动中心线所在的竖直平面与直线驱动组件的驱动方向所在的竖直平面垂直，且y型管（5）的双管道端口的连接管道（6）为直管或者波纹管，机架（20）的机架传力座（17）底部通过第三转轴与推力室传力座（12）转动连接，第三转轴与燃料泵（2）的出口管道处的转动中心线同轴。

6.根据权利要求4所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，在驱动组件仅用于驱动推力室（11）绕垂直转动中心线方向进行摆动时，燃料泵（2）的出口管道的转动中心线与直线驱动组件的驱动方向位于同一平面，且y型管（5）的双管道端口的连接管道（6）为波纹管，机架（20）的机架传力座（17）底部通过第四转轴与推力室传力座（12）转动连接，第四转轴与燃料泵（2）的出口管道处的转动中心线垂直。

7.根据权利要求1所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，y型管（5）的单管道端口与燃料泵（2）出口管道的转动连接处设置有旋转动密封。

8.根据权利要求1所述的一种泵后摆发动机，其特征在于，机架（20）上设置有压板（19），其中，泵出口弯管（21）的出口端穿过压板（19）后与氧化剂波纹管（18）的端口连接。

9.一种推进器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的泵后摆发动机。

10.一种运载火箭，其特征在于，包括权利要求9所述的至少一个推进器。

技术总结本发明涉及航天发动机技术领域，本发明涉及一种泵后摆发动机、推进器及运载火箭，包括：氧化剂波纹管、水平设置的Y型管以及驱动组件；氧化剂波纹管连接在推力室的进口与氧化剂泵的泵出口弯管连接，Y型管的单管道端口与燃料泵的出口管道转动连接且连通，Y型管的双管道端口各通过一个连接管道与冷却套集液环的进口管道连接；驱动推力室绕燃料泵的出口管道处的转动中心线方向和/或者垂直转动中心线的方向进行摆动。本发明在减小发动机质量的同时，有效缩短氧化剂泵和燃料泵的泵后管道长度和拐弯数，降低了管道流阻，提升发动机的性能。技术研发人员：刘红军,韩飞,马小奇,薛帅杰,李乾,王冠,王红艳受保护的技术使用者：陕西天回航天技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5