CN105179107B - 一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构，采用接触式密封及非接触式密封相结合的方式，实现铰链连接处转动动密封、燃烧室各顶板与侧板之间的平动动密封。其中,燃烧室固定段与燃烧室可变段连接法兰端面开有密封槽,燃烧室内腔底板两侧边开有密封槽；燃烧室可变段内腔各顶板通过转轴与圆弧凹槽相连形成机械密封,纵向凹槽内的石墨条与转轴间形成填料密封；燃烧室可变段各顶板开有迷宫通道，各顶板与侧板间实现平动动密封；各顶板侧面的横向凹槽内的紫铜条与侧板间形成填料密封；顶板之间连接处由两顶板的紫铜条贴合形成机械密封。密封结构既满足发动机密封要求，又具有结构简单，加工方便，容易实现的优点。

Description

一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构

技术领域

本发明涉及火箭冲压发动机技术领域，具体地说，涉及一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构。

背景技术

作为未来空天往返飞行器最具前景和潜力的动力装置，火箭基组合循环(Rocket-Based-Combined-Cycle,RBCC)发动机是将冲压发动机和火箭发动机有机的组合在同一流道内，兼顾二者优点。不仅提高了发动机的性能，同时可以实现从零速起飞到高超声速飞行，甚至直接完成入轨，大大拓宽了飞行器的速度-高度飞行包线。火箭基组合循环发动机工作过程包含引射模态、亚燃冲压模态、超燃冲压模态和纯火箭模态。亚燃冲压模态需要通过先收缩后扩张的流道将亚声速燃气加速至超声速；而超燃冲压模态则需要直扩通道完成对燃气超声速的加速。采用变结构燃烧室是解决上述矛盾的一种有效技术手段。变结构燃烧室是通过变几何的方法调整流道形状从而使发动机流道适应相应的工作状态。

对于变几何火箭基组合循环发动机燃烧室结构而言，其工作环境为高温高压环境。温度高达2000K，压强最大可达0.6MPa。为防止燃烧室流道内的高温燃气泄露对飞行器的其它结构造成破坏，必须对发动机流道的密封性提出较高要求。为解决这一技术难题，NASP在文献《Evaluation of an Innovative High Temperature Ceramic Wafer Sealfor Hypersonic Engine Applications》中提出高温陶瓷片动密封以及编织纤维绳状结构密封，但这两种密封方式结构复杂，设计加工难度大，而且成本较高。对于工作时间较短的地面试验发动机而言，采用上述两种方案会导致研究成本过高，而且不易实现。

变结构技术在整个飞行包线内为火箭基组合循环发动机性能的提升具有广阔应用前景。对于变结构燃烧室而言，其工作过程中产生的高温高压的环境对流道的密封结构提出新的技术要求。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构；采用接触式密封及非接触式密封相结合的方式，解决高温高压动密封的技术难题，密封结构既能满足地面试验发动机密封要求，同时具有成本低，结构简单，加工方便，容易实现的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括燃烧室固定段、燃烧室可变段、内腔底板,其特征在于还包括第一顶板、第二顶板、第三顶板、转轴、横向凹槽、迷宫通道、圆弧凹槽、纵向凹槽，发动机燃烧室为矩形结构，燃烧室固定段位于燃烧室可变段前端部，且与燃烧室可变段通过连接法兰固连，连接法兰端面有密封槽，燃烧室固定段内腔底板与燃烧室可变段内腔底板为一体结构，燃烧室内腔底板两侧边开有密封槽，燃烧室侧板与燃烧室内腔底板固连，第一顶板、第二顶板、第三顶板通过转轴与圆弧凹槽配合，依次相连形成燃烧室可变段内腔顶板；

所述圆弧凹槽内底部开有纵向凹槽，纵向凹槽内嵌入石墨条，转轴与圆弧凹槽配合形成机械密封，纵向凹槽内石墨条与转轴之间形成填料密封；

所述第一顶板、所述第二顶板、所述第三顶板上分别开有迷宫通道，各顶板与侧板之间实现平动动密封；各顶板侧面开有横向凹槽位于迷宫通道的上面，且分别平行于顶板平面，横向凹槽内嵌入紫铜条，横向凹槽内紫铜条与侧板之间形成填料密封；顶板之间连接处端面由两顶板的紫铜条贴合形成机械密封。

有益效果

本发明提出的火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构，采用接触式密封及非接触式密封相结合的方式，解决高温高压动密封的技术难题；密封结构包括铰链连接处转动动密封、燃烧室各顶板与侧板之间的平动动密封。燃烧室固定段与燃烧室可变段通过连接法兰固连，连接法兰端面有密封槽；燃烧室内腔底板两侧边有密封槽，燃烧室侧板与燃烧室内腔底板固连；各顶板通过转轴与圆弧凹槽配合依次相连形成燃烧室可变段内腔顶板,转轴与圆弧凹槽配合形成机械密封；纵向凹槽内的石墨条与转轴之间形成填料密封，实现接触式密封组合；燃烧室可变段的各顶板上分别开有迷宫通道，各顶板与侧板之间实现平动动密封；各顶板侧面开有横向凹槽内嵌入紫铜条，横向凹槽内紫铜条与侧板之间形成填料密封；顶板之间连接处端面由两顶板的紫铜条贴合形成机械密封。

本发明提出的火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构既能满足地面试验发动机密封要求，同时又具有成本低，结构简单，加工方便，容易实现的优点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构作进一步详细说明。

图1为本发明火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构示意图。

图2为燃烧室可变段的第一顶板。

图3为图1中区域5的放大图。

图中:

1.燃烧室固定段 2.第一顶板 3.第二顶板 4.第三顶板 5.铰链连接部分 6.转轴7.横向凹槽 8.迷宫通道 9.圆弧凹槽 10.纵向凹槽 11.燃烧室可变段 12.内腔底板

具体实施方式

本实施例是一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构。

参阅图1～图3，火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构包括铰链连接处的转动动密封以及上顶板与侧板间的平动动密封。

发动机变几何结构燃烧室动密封结构由燃烧室固定段1、燃烧室可变段11、内腔底板12、第一顶板2、第二顶板3、第三顶板4、转轴6、横向凹槽7、迷宫通道8、圆弧凹槽9、纵向凹槽10及侧板组成。整个发动机燃烧室为矩形结构，燃烧室固定段1安装在燃烧室可变段11前端部，且与燃烧室可变段11通过连接法兰固连，连接法兰端面有密封槽，燃烧室固定段1内腔底板与燃烧室可变段内腔底板12为一体结构，燃烧室内腔底板12两侧边开有密封槽，燃烧室侧板与燃烧室内腔底板通过螺栓固定连接，第一顶板2、第二顶板3、第三顶板4通过转轴与圆弧凹槽9配合，依次相连接形成燃烧室可变段内腔顶板。圆弧凹槽9内底部开有纵向凹槽10，纵向凹槽10内嵌入石墨条，转轴6与圆弧凹槽9配合相互贴合形成机械密封，纵向凹槽10内石墨条与转轴6之间形成填料密封，实现接触式密封组合。第一顶板2、第二顶板3、第三顶板4分别开有迷宫通道，各顶板与侧板之间实现平动动密封；各顶板侧面开有横向凹槽7位于迷宫通道8的上面，且分别平行于顶板平面；横向凹槽7内嵌入紫铜条，横向凹槽内的紫铜条与侧板之间形成填料密封；顶板之间连接处端面由两顶板上的紫铜条贴合形成机械密封。

本实施例中,发动机变几何燃烧室动密封包括转轴6与各顶板上的圆弧凹槽9配合连接处的转动动密封,以及各顶板与侧板间的平动动密封。通过多种密封方式的组合保证发动机燃烧室各点至少有一道密封阻止高温燃气泄露。

安装流程:

首先将燃烧室固定段1安装在试验台上，在燃烧室可变段11的第一顶板2、第二顶板3和第三顶板4端部纵向凹槽10内嵌入石墨条，安装过程中需保证石墨条略高于纵向凹槽10，以达到密封效果。将燃烧室可变段的第一顶板2转轴放入燃烧室固定段圆弧凹槽9内，将第一顶板2固定，按照同样的方法依次连接第二顶板3及第三顶板4；然后,在各顶板的横向凹槽7内分别嵌入紫铜条，安装过程中紫铜条需略高于横向凹槽7，并且保证两段紫铜条连接处贴合良好。最后将燃烧室侧板与燃烧室内腔底板及上压板通过螺栓固定连接，并施加一定的预紧力。

安装完成后，通过作动机构对燃烧室结构进行调节，确保燃烧室安装满足结构变化要求。使用堵盖堵住燃烧室尾部，此时燃烧室被看做一密闭容器，通入6个大气压，1500K的高温氮气，通过作动机构对燃烧室结构进行调节，同时通过发动机燃烧室内氮气压强的变化检验动密封效果。

Claims (1)

1.一种火箭基组合循环发动机变几何燃烧室动密封结构，包括燃烧室固定段、燃烧室可变段、内腔底板,其特征在于:还包括第一顶板、第二顶板、第三顶板、转轴、横向凹槽、迷宫通道、圆弧凹槽、纵向凹槽，发动机燃烧室为矩形结构，燃烧室固定段位于燃烧室可变段前端部，且与燃烧室可变段通过连接法兰固连，连接法兰端面有密封槽，燃烧室固定段内腔底板与燃烧室可变段内腔底板为一体结构，燃烧室内腔底板两侧边开有密封槽，燃烧室侧板与燃烧室内腔底板固连，第一顶板、第二顶板、第三顶板通过转轴与圆弧凹槽配合，依次相连形成燃烧室可变段内腔顶板；

所述圆弧凹槽内底部开有纵向凹槽，纵向凹槽内嵌入石墨条，转轴与圆弧凹槽配合形成机械密封，纵向凹槽内石墨条与转轴之间形成填料密封；

所述第一顶板、所述第二顶板、所述第三顶板上分别开有迷宫通道，各顶板与侧板之间实现平动动密封；各顶板侧面开有横向凹槽位于迷宫通道的上面，且分别平行于顶板平面，横向凹槽内嵌入紫铜条，横向凹槽内紫铜条与侧板之间形成填料密封；顶板之间连接处端面由两顶板的紫铜条贴合形成机械密封。