專利名稱：一種火箭推進裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及核技術領域，特別涉及一種火箭推進裝置。
背景技術：
隨著科學技術的進步，人類對深空探測的步伐日益加快，例如對月球資源的勘探、火星生命的跡象觀測、太陽系以及星系外太空旅行等。而執(zhí)行深孔探測的任務首先必要的任務是要通過運載火箭將小型探測器、宇航員送至探測的目的地。目前，人類運載火箭的推進裝置是基于化學燃料獲得推力。在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題:現(xiàn)有技術中的運載火箭的推進裝置基于化學燃料獲得推力，由于這樣的推進裝置功率低，造成運載火箭所能達到的最大速度低，旅途的可運行時間較短。

實用新型內容為了解決現(xiàn)有技術的問題，本實用新型實施例提供了一種火箭推進裝置。所述技術方案如下:本實用新型實施例提供了一種火箭推進裝置，所述裝置包括:裝有冷卻劑的冷卻劑箱、用于產生核熱能的核動力模塊、核電轉換器、與所述核電轉換器電連接的電機、與所述電機電連接的壓縮機、與所述壓縮機的入口連通的裝有所述推進劑的推進劑箱以及與所述壓縮機的出口連通的噴嘴，所述核動力模塊上設有用于將所述核熱能輸出的輸熱管，所述輸熱管的輸入端與所述冷卻劑箱連通，所述輸熱管的輸出端與所述核電轉換器的入口連通。 優(yōu)選地，所述核動力模塊包括核反應堆容器、設于所述核反應堆容器內的若干個用于產生核熱的核燃料棒、套設于所述核反應堆容器外的第一殼體、設于所述第一殼體和所述核反應堆容器之間的若干個控制器，若干個所述控制器繞所述核燃料棒間隔布置，每個所述控制器上設有用于減慢所述核燃料棒的核反應速度的反應控制部、以及用于控制所述反應控制部與所述核燃料棒的相對位置的控制部件，所述反應控制部上設有中子吸收體。進一步地，所述核燃料棒包括第二殼體、分別設于所述第二殼體軸向兩端的第一隔熱塊和第二隔熱塊、設于所述第二殼體內的彈簧和用于發(fā)生核反應的燃料塊、以及套設于所述第二殼體外的輸熱管，所述彈簧的一端與所述第二隔熱塊相抵，所述彈簧的另一端將所述燃料塊壓抵在所述第一隔熱塊上，且所述第一隔熱塊的與所述燃料塊相抵的一端的外徑小于所述第二殼體的內徑，所述第二隔熱塊的與所述彈簧相抵的一端的外徑小于所述第二殼體的內徑，所述燃料塊的外徑小于所述第二殼體的內徑。優(yōu)選地，所述核電轉換器包括轉換器本體，所述轉換器本體內設有用于收集正電荷的第一電極和用于收集負電荷的第二電極，所述轉化器本體上設有用于在所述第一電極和所述第二電極之間產生電磁場的電流線圈，所述核電轉換器的入口設于所述轉換器本體上，所述電機分別與所述第一電極和所述第二電極電連接。優(yōu)選地，所述裝置還包括用于為核電轉換器和所述壓縮機進行散熱的冷卻管道，所述冷卻管道的一端通過第一泵與所述冷卻劑箱連通，所述冷卻管道的另一端通過第二泵與所述輸熱管的輸入端連通。進一步地，所述冷卻管道上還設有第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器位于所述核電轉換器與所述第一泵之間，所述第二換熱器位于所述核電轉換器與所述第二泵之間。更進一步地，所述冷卻管道上還設有第一散熱器和第二散熱器，所述第一散熱器位于所述壓縮機與所述第一換熱器之間，所述第二散熱器位于所述壓縮機與所述第二換熱器之間。優(yōu)選地，核電轉換器的入口上還設有鹽溶液入口。優(yōu)選地，所述裝置還包括用于屏蔽所述核動力模塊產生的核輻射的第一屏蔽層，所述核動力模塊設于所述第一屏蔽層內。進一步地，所述裝置還包括第二屏蔽層，所述核動力模塊、所述核電轉換器和所述冷卻劑箱均設于所述第二屏蔽層內。
本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:通過設置核電轉換器將核動力模塊產生的核熱能轉換為電能，并將該電能傳輸給電機，從而電機可以為壓縮機提供電能，使得壓縮機可以對進入壓縮機內的推進劑進行壓縮，壓縮后的推進劑成為高速的等離子體從噴嘴噴出，獲得了的推力，實現(xiàn)了將核動力模塊產生的核熱能轉換為火箭的推力，并且基于核能獲得的推力大，推進裝置的效率高，增加了火箭所能達到的最大速度和火箭運行的時間。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型實施例提供的一種火箭推進裝置結構示意圖；圖2是本實用新型實施例提供的核動力模塊與核電轉換器連接的結構示意圖；圖3本實用新型實施例提供的核動力模塊的結構示意圖；圖4本實用新型實施例提供的核燃料棒的結構示意圖。附圖中，各標號所代表的組件列表如下:I核動力模塊；11輸熱管；12第一屏蔽層；13第二屏蔽層；14核反應堆容器；15核燃料棒；151第二殼體；152第一隔熱塊；153第二隔熱塊；154彈簧；155燃料塊；156探測管；16第一殼體；17控制器；171反應控制部；172控制部件；18慢化劑；19反射層；2核電轉換器；21轉換器本體；22核電轉換器的入口 ；23第一電極；24第二電極；25鹽溶液入口 ；26排管；3電機；31電纜；4壓縮機；5推進劑箱；6噴嘴；7冷卻管道；71第一泵；72第二泵；8冷卻劑箱；91第一換熱器；92第二換熱器；93第一散熱器；94第二散熱器；10支架。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。實施例本實用新型實施例提供了一種火箭推進裝置，參見圖1和圖2，該裝置包括:裝有冷卻劑的冷卻劑箱8、用于產生核熱能的核動力模塊1、核電轉換器2、與核電轉換器2電連接的電機3、與電機3電連接的壓縮機4、與壓縮機4的入口連通的裝有推進劑的推進劑箱5以及與壓縮機4的出口連通的噴嘴6，核動力模塊I上設有用于將核熱能輸出的輸熱管11，輸熱管11的輸入端與冷卻劑箱8連通,輸熱管11的輸出端與核電轉換器的入口 22連通。具體地，冷卻劑可以為氫氣或者水等。具體地，在本實施例中，推進劑可以為汞液或氖氣。優(yōu)選地，參見圖3，在本實施例中，核動力模塊I可以包括核反應堆容器14、設于核反應堆容器14內的若干個用于產生核熱的核燃料棒15、套設于核反應堆容器14外的第一殼體16、設于第一殼體16和核反應堆容器14之間的若干個控制器17,若干個控制器17繞核燃料棒15間隔布置， 每個控制器17上述而后又用于控制核燃料棒15的核反應速度的反應控制部171、以及用于控制反應控制部171與核燃料棒的相對位置的控制部件172，反應控制部171上設有中子吸收體。顯然地，核動力模塊I并不限于前述結構，本實施例中僅以此為例，并不對該核動力模塊I的結構作限制，本領域的技術人員也可以采用其他結構，只要能夠產生核熱能即可。具體地，在本實施例中，控制器17呈柱狀，核燃料棒15也可以為柱狀。具體地，在本實施例中，中子吸收體可以為硼合金中子吸收。具體地，在本實施例中，反應控制部171可以為一個面，也可以是扇形區(qū)域，當反應控制部171為一個面時，控制器17由耐高溫復合材料制成，中子吸收體涂覆在耐高溫符合材料上，則該涂覆有中子吸收體的部分則為反應控制部171 ;當反應控制部171為扇形區(qū)域時，控制器17由中子吸收體和耐高溫符合材料拼接而成。具體地，當所有的控制器17的反應控制部171正對著核燃料棒15時，核反應速度最慢；當所有的控制器17的反應控制部171都不對著核燃料棒15時，核反應速度最快。優(yōu)選地,核動力模塊I還包括慢化劑18,慢化劑18填充在核燃料棒15和核反應堆容器14之間。通過設置慢化劑18，可以降低核反應時快中子的飛行速度，使得核燃料可以更好地進行鏈式反應。具體地，在本實施例中，慢化劑18可以為石墨。在其他實施例中，慢化劑18還可以為重水或輕水。優(yōu)選地，核動力模塊I還包括覆蓋在第一殼體16內壁上的反射層19。通過設置反射層19，可以使在核反應時，從核反應堆容器14中泄露出來的中子改變方向回到核反應堆容器14中，方便了核反應的控制。具體地，反射層19可以為氧化被層或者氧化錯層。進一步地，參見圖4，在本實施例中，核燃料棒15可以包括第二殼體151、分別設于第二殼體151軸向兩端的第一隔熱塊152和第二隔熱塊153、設于第二殼體151內的彈簧154和用于發(fā)生核反應的燃料塊155 ;彈簧154的一端與第二隔熱塊153相抵,彈簧154的另一端將燃料塊155壓抵在第一隔熱塊152上,且第一隔熱塊152的與燃料塊155相抵的一端的外徑小于第二殼體151的內徑，第二隔熱塊153的與彈簧154相抵的一端的外徑小于第二殼體151的內徑，燃料塊155的外徑小于第二殼體151的內徑，輸熱管11套設于第二殼體151外。具體地,輸熱管11用于將每個核燃料棒15產生的核熱能運輸出去。具體地，通過使第一隔熱塊152的與燃料塊155相抵的一端的外徑小于第二殼體151的內徑，第二隔熱塊153的與彈簧154相抵的一端的外徑小于第二殼體151的內徑,燃料塊155的外徑小于第二殼體151的內徑,從而使第一隔熱塊152與第二殼體151之間、第二隔熱塊153與第二殼體151之間、燃料塊155與第二殼體151之間都存在間隙，該間隙為熱膨脹提供了緩沖的空間，減小了核裂變時產生的熱膨脹效應，防止了核燃料棒15的變形。具體地，在本實施例中，在使用時，輸熱管11內流動有冷卻劑，通過流動的冷卻劑將燃料塊產生的核熱能運輸出去。優(yōu)選地，該核燃料棒15還包括套設于輸熱管11外的探測管156，探測管156內填充有用于探測輸熱管11泄露的探測氣體。通過設置探測管156，探測管156內填充有探測氣體，可以及時監(jiān)測輸熱管11是否發(fā)生了泄漏，增加了核燃料棒15的安全性。具體地，在本實施例中，該探測氣體為二氧化碳。在其他實施例中，該探測氣體還可以為一氧化碳。具體地，探測管156外涂覆有慢化劑。通過在探測管156外涂覆慢化劑，可以降低核反應時快中子的飛行速度，使得核燃料可以更好地進行鏈式反應。并且在探測管156內設有探測氣體，可以作為輸熱管11內的冷卻劑與探測管156外的慢化劑的隔熱層。具體地，第一隔熱塊152 和第二隔熱塊153為氧化鋁纖維隔熱塊。優(yōu)選地，參見圖2，核電轉換器2包括轉換器本體21，轉換器本體21內設有用于收集正電荷的第一電極23和用于收集負電荷的第二電極24,轉換器本體21上設有用于在第一電極23和第二電極24之間產生電磁場的電流線圈，核電轉換器的入口 22設于轉換器本體21上，電機3分別與第一電極23和第二電極24電連接。具體地，通過電流線圈在第一電極23和第二電極24之間產生電磁場，使進入轉換器本體內的帶電粒子發(fā)生偏轉，使帶正電荷的粒子被第一電極23吸收，帶負電荷的粒子被第二電極24吸收。顯然地，該核電轉換器2并不限于前述結構，也可以為熱蒸汽式電機，本實施例中僅以此為例，并不對該核電轉換器2的結構作限制，本領域的技術人員也可以采用其他結構，只要能夠將核熱能轉換為電能即可。具體地，第一電極23和第二電極24平行設于轉換器本體21內。具體地，電機3通過電纜31與第一電極23和第二電極24電連接。優(yōu)選地，再次參見圖2，該裝置還包括用于為核電轉換器2和壓縮機4進行散熱的冷卻管道7，冷卻管道7的一端通過第一泵71與冷卻劑箱8連通，冷卻管道7的另一端通過第二泵72與輸熱管11的輸入端連通。具體地，冷卻管道分別設于轉換器本體外和壓縮機夕卜。通過設置冷卻管道7，冷卻劑箱8中的冷卻劑在第一泵71的作用下流入冷卻管道，在流通的過程中，會對工作中的核電轉換器2和壓縮機4進行散熱，且該冷卻劑在第二泵72的作用下，會進入輸熱管11內被再次利用。[0049]優(yōu)選地，冷卻管道7上還設有第一換熱器91和第二換熱器92，第一換熱器91位于核電轉換器2與第一泵71之間，第二換熱器92位于核電轉換器2與第二泵72之間。通過設置第一換熱器91和第二換熱器92，可以進一步對裝置進行散熱。進一步地,冷卻管道7上還設有第一散熱器93和第二散熱器94,第一散熱器93位于壓縮機4與第一換熱器91之間，第二散熱器94位于壓縮機4與第二換熱器92之間。通過設置第一換熱器93和第二換熱器94，可以進一步對裝置進行散熱。優(yōu)選地，核電轉換器的入口 22上還設有鹽溶液入口 25。通過設置鹽溶液入口 25，可以向轉換器本體21內添加鹽溶液，從而可以提高第一電極24和第二電極25對正負電荷的收集量，提高了核電轉化效率。具體地，在本實施例中，鹽溶液可以為鈉溶液或者鉀溶液。優(yōu)選地，再次參見圖2，轉換器本體上21設有用于排除轉換器本體21內產生的殘渣的排管26，排管26與冷卻管道7連通。通過設置排管26，可以將沒有被第一電極23和第二電極24吸收的等離子體排到冷卻管道7內，并在第二泵72的作用下進入輸熱管11，從而被再利用。優(yōu)選地，該裝置還包括用于屏蔽核福射的第一屏蔽層12,核動力模塊I設于第一屏蔽層12內。具體地，第一屏蔽層12由硼高分子復合材料制成。進一步地，該裝置還包括第二屏蔽層13，核動力模塊1、核電轉換器2和冷卻劑箱8均設于第二屏蔽層13內。通過設置第二屏蔽層13，屏蔽了核動力模塊1、核電轉換器2產生的漏核輻射及電輻射，提高了裝置的安全性。具體地，第二屏蔽層13由石墨制成，且石墨表面敷有銅復合材料?？蛇x地，該裝置還包括支架10，第二屏蔽室13、電機3、壓縮機4、推進劑箱5和噴嘴6均固定在支架10上。具體地，在本實施例中，電機3還與第一換熱器91、第二換熱器92、第一散熱器93和第二散熱器94電連接,從而為第一換熱器91、第二換熱器92、第一散熱器93和第二散熱器94的工作提供電能。下面再次結合圖1說明本實用新型實施例提供的一種推進裝置的工作過程。冷卻劑箱8中的冷卻劑進入輸熱管11后，該冷卻劑會攜帶核動力模塊I產生核熱能，并且該冷卻劑會在該高溫的核熱能的作用下變成等離子體流，該等離子體流進入轉換器本體21內時其中的帶正電的粒子(正電荷)和帶負電的離子(負電荷)會分別被第一電極23和第二電極24吸收，從而將核熱能轉化為電能，該電能被傳遞給電機3，從而使得電機3可以為壓縮機4提供電能，從而使得壓縮機4對進入壓縮機4內的推進劑進行壓縮，壓縮后的推進劑成為高速的等離子體從噴嘴6噴出，從而獲得了的推力。同時沒有被第一電極23和第二電極24吸收的粒子可以通過排管進入冷卻管道7內，從而進入輸熱管11內被再次利用。在本實施例中，冷卻劑箱8中的冷卻劑除了直接進入輸熱管11中，還會在第一泵12的作用下，經過三種途徑經冷卻管道進入輸熱管11中:第一種途徑是冷卻劑經第一換熱器91、設于核電轉換器2外的冷卻管道7、第二換熱器92進入輸熱管11 ;第二種途徑是冷卻劑經第一換熱器 91、設于壓縮機4外的冷卻管道7、第二換熱器92進入輸熱管11 ;第三種途徑是冷卻劑經第一換熱器91、第一散熱器93、設于壓縮機4外的冷卻管道7、第二散熱器94、第二換熱器92進入輸熱管11。本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:通過設置核電轉換器將核動力模塊產生的核熱能轉換為電能，并將該電能傳輸給電機，從而電機可以為壓縮機提供電能，使得壓縮機可以對進入壓縮機內的推進劑進行壓縮，壓縮后的推進劑成為高速的等離子體從噴嘴噴出，獲得了的推力，實現(xiàn)了將核動力模塊產生的核熱能轉換為火箭的推力，并且基于核能獲得的推力大，推進裝置的效率高，增加了火箭所能達到的最大速度和火箭運行的時間。以上所述僅為 本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種火箭推進裝置，其特征在于，所述裝置包括:裝有冷卻劑的冷卻劑箱、用于產生核熱能的核動力模塊、核電轉換器、與所述核電轉換器電連接的電機、與所述電機電連接的壓縮機、與所述壓縮機的入口連通的裝有所述推進劑的推進劑箱以及與所述壓縮機的出口連通的噴嘴，所述核動力模塊上設有用于將所述核熱能輸出的輸熱管，所述輸熱管的輸入端與所述冷卻劑箱連通，所述輸熱管的輸出端與所述核電轉換器的入口連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述核動力模塊包括核反應堆容器、設于所述核反應堆容器內的若干個用于產生核熱的核燃料棒、套設于所述核反應堆容器外的第一殼體、設于所述第一殼體和所述核反應堆容器之間的若干個控制器，若干個所述控制器繞所述核燃料棒間隔布置，每個所述控制器上設有用于減慢所述核燃料棒的核反應速度的反應控制部、以及用于控制所述反應控制部與所述核燃料棒的相對位置的控制部件，所述反應控制部上設有中子吸收體。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述核燃料棒包括第二殼體、分別設于所述第二殼體軸向兩端的第一隔熱塊和第二隔熱塊、設于所述第二殼體內的彈簧和用于發(fā)生核反應的燃料塊、以及套設于所述第二殼體外的輸熱管，所述彈簧的一端與所述第二隔熱塊相抵，所述彈簧的另一端將所述燃料塊壓抵在所述第一隔熱塊上，且所述第一隔熱塊的與所述燃料塊相 抵的一端的外徑小于所述第二殼體的內徑，所述第二隔熱塊的與所述彈簧相抵的一端的外徑小于所述第二殼體的內徑，所述燃料塊的外徑小于所述第二殼體的內徑。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述核電轉換器包括轉換器本體，所述轉換器本體內設有用于收集正電荷的第一電極和用于收集負電荷的第二電極，所述轉換器本體上設有用于在所述第一電極和所述第二電極之間產生電磁場的電流線圈，所述核電轉換器的入口設于所述轉換器本體上，所述電機分別與所述第一電極和所述第二電極電連接。
5.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于為核電轉換器和所述壓縮機進行散熱的冷卻管道，所述冷卻管道的一端通過第一泵與所述冷卻劑箱連通，所述冷卻管道的另一端通過第二泵與所述輸熱管的輸入端連通。
6.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管道上還設有第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器位于所述核電轉換器與所述第一泵之間，所述第二換熱器位于所述核電轉換器與所述第二泵之間。
7.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述冷卻管道上還設有第一散熱器和第二散熱器，所述第一散熱器位于所述壓縮機與所述第一換熱器之間，所述第二散熱器位于所述壓縮機與所述第二換熱器之間。
8.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，核電轉換器的入口上還設有鹽溶液入口。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于屏蔽所述核動力模塊產生的核輻射的第一屏蔽層，所述核動力模塊設于所述第一屏蔽層內。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括第二屏蔽層，所述核動力模塊、所述核電轉換器和所述冷卻劑箱均設于所述第二屏蔽層內。
專利摘要本實用新型公開了一種火箭推進裝置，屬于核技術領域。該裝置包括裝有冷卻劑的冷卻劑箱、用于產生核熱能的核動力模塊、核電轉換器、與核電轉換器電連接的電機、與電機電連接的壓縮機、與壓縮機的入口連通的裝有推進劑的推進劑箱以及與壓縮機的出口連通的噴嘴，核動力模塊上設有用于將核熱能輸出的輸熱管，輸熱管的輸入端與冷卻劑箱連通，輸熱管的輸出端與核電轉換器的入口連通。本實用新型通過上述技術方案，使得電機為壓縮機提供電能，使得推進劑被壓縮機壓縮后成為高速的等離子體從噴嘴噴出，獲得了的推力，實現(xiàn)了將核動力模塊產生的核熱能轉換為火箭的推力，并且基于核能獲得的推力大，推力裝置的效率高，增加了火箭所能達到的最大速度和火箭運行的時間。
文檔編號F03H1/00GK203114546SQ201320064008
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權日2013年2月4日
發(fā)明者雷海東 申請人:江漢大學