CN107313877B - 液体火箭发动机层板喷注器及其连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体火箭发动机层板喷注器及其连接方法，该喷注器包括第一隔离层、转接块工装、第二隔离层、分配块工装、定位块工装、第三隔离层、芯体、过渡板、法兰、第一液相扩散焊、第二液相扩散焊、第四隔离层，第一隔离层位于转接块工装的顶部，转接块工装和分配块工装都通过第二隔离层连接，芯体位于第四隔离层的下方，过渡板位于第一液相扩散焊的左侧，第三隔离层位于法兰的底部，第二液相扩散焊和第三隔离层之间通过第一液相扩散焊连接，法兰位于定位块工装的下方，第四隔离层位于分配块工装和芯体之间，定位块工装位于分配块工装的下方。本发明能够有效地提高焊缝密封性，增加强度，提升合格率。

Description

液体火箭发动机层板喷注器及其连接方法
技术领域
本发明涉及一种火箭发动机，特别是涉及一种液体火箭发动机层板喷注器及其连接方法。
背景技术
火箭发动机是航天飞行器的核心部件，其发动机比冲是最重要的技术指标，高比冲发动机可以大幅提高飞行器载荷重量和在轨寿命。发动机比冲对发动机喷注器的小型化、集成化、响应速度提出了越来越高的要求，因此具有结构紧凑、质轻、响应速度快的层板喷注器成为目前研究的热点方向。层板喷注器发动机工作时，通过喷注器喷射液体，发生化学反应，利用化学能转化为热能，瞬间生成高温、高压的燃气，经过发动机身部压缩，产生推力。而在这一过程中，受到热量对流、传导和辐射的影响，喷注器最高温度也高，同时其也受到流经燃料、高压燃气反复冲刷，对喷注器焊缝强度、疲劳性能要求很高。层板喷注器因其结构紧凑，集成化要求高，给零件加工、特别是焊接连接带来了很大困难。焊接连接的难点主要是整体焊缝连接面积大且不均匀，局部区域焊缝宽度小，焊缝多为曲线形状，焊缝周围布满贯穿性小孔，若堵塞小孔，燃烧不充分，比冲降低，导致输出推力下降；若因为焊缝不密封，不同腔道的液体在喷注器内提前接触，就会发生爆燃、导致发动机、甚至这个飞行器失效，目前的火箭发动机焊缝密封性低，强度差，合格率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种液体火箭发动机层板喷注器及其连接方法，提高焊缝密封性，增加强度，提升合格率。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种液体火箭发动机层板喷注器，其包括第一隔离层、转接块工装、第二隔离层、分配块工装、定位块工装、第三隔离层、芯体、过渡板、法兰、第一液相扩散焊、第二液相扩散焊、第四隔离层，第一隔离层位于转接块工装的顶部，转接块工装和分配块工装都通过第二隔离层连接，芯体位于第四隔离层的下方，过渡板位于第一液相扩散焊的左侧，第三隔离层位于法兰的底部，第二液相扩散焊和第三隔离层之间通过第一液相扩散焊连接，法兰位于定位块工装的下方，第四隔离层位于分配块工装和芯体之间，定位块工装位于分配块工装的下方。
优选地，所述第一隔离层的形状为长方形。
优选地，所述转接块工装的下方设有一个凹口。
优选地，所述第二隔离层的形状为长方形。
优选地，所述分配块工装的形状为长方形。
优选地，所述定位块工装的下方设有凸起块。
本发明还提供一种液体火箭发动机层板喷注器的连接方法，其包括以下步骤：
步骤一，根据产品形状、结构、材料和使用要求，选择与产品相适应的中间层材料、并设计中间层形状、及中间层平铺和固定方式，利用压力焊压力分配方法的原理，借助模拟分析软件进行工装设计和压力选择利用设计的压力分配工装；
步骤二，领取层板喷注器零件、中间层和工装，并根据材料特点分别进行超声波清洗，并用电吹风吹干，零件和中间层表面不允许有水迹或其它杂质；
步骤三，按文件规定要求，将中间层平放在零件的指定位置，并利用电阻点焊在一起，电焊参数不宜过大，要求中间层与零件贴平，不允许出现隆起、缺口、破损、明显不平和漏点；
步骤四，将点焊好的零件按文件要求组装在一起，并对准零件刻线，为保证零件装配到位，待焊面贴合紧密，为验证装配状态，采用高度尺进行在同一圆弧平台的同一圆弧线测量三点高度，要求同一圆弧面高度差不得超过0.03mm，若发现位置不符、刻线未对准或高度差超差，需要重新进行装配，直到符合要求为止；
步骤五，打开真空炉炉门，将工装、隔离层材料、层板喷注器安装在一起，将其整体和隔离层材料放置在真空炉均温区内，并关闭真空炉门，完成真空炉各项准备工作；
步骤六，设定真空炉程序的焊接温度、扩散时间、升温速度、降温速度、压力加载、真空度；
步骤七，运行真空炉进行层板喷注器焊接，过程包括抽真空、加热、加压、保温、保压、降温、出炉；
步骤八，打开真空炉门，将焊好的层板喷注器产品取出，移掉工装，去除隔离层材料，完成整个产品焊接过程，并对层板喷注器焊缝进行气密、强度等功能性测试。
优选地，所述步骤一包括选择与产品相适应的中间层材料、并设计中间层形状和添加方式。
优选地，所述步骤四包括将点焊好的零件组装在一起，为保证零件装配到位，待焊面贴合紧密；为验证装配状态，可以进行必要的定位和测量，若发现位置不符或高度不正确，需要重新进行装配。
优选地，所述步骤六包括设定真空炉程序的焊接温度、扩散时间、加载压力和真空度，并运行程序进行产品焊接。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够有效地提高焊缝密封性，增加强度，提升合格率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明液体火箭发动机层板喷注器主要包括第一隔离层1、转接块工装2、第二隔离层3、分配块工装4、定位块工装5、第三隔离层6、芯体7、过渡板8、法兰9、第一液相扩散焊10、第二液相扩散焊11、第四隔离层12，第一隔离层1位于转接块工装2的顶部，转接块工装2和分配块工装4都通过第二隔离层3连接，芯体7位于第四隔离层12的下方，过渡板8位于第一液相扩散焊10的左侧，第三隔离层6位于法兰9的底部，第二液相扩散焊11和第三隔离层6之间通过第一液相扩散焊10连接，法兰9位于定位块工装5的下方，第四隔离层12位于分配块工装4和芯体7之间，定位块工装5位于分配块工装4的下方。
第一隔离层1的形状为长方形，这样能够与转接块工装2的形状匹配。
转接块工装2的下方设有一个凹口，这样能够与分配块工装4配合。
第二隔离层3和第四隔离层12的形状都为长方形，这样能够与分配块工装4配合。
分配块工装4的形状为长方形，这样有利于分配。
定位块工装5的下方设有凸起块，这样能够起到固定的作用。
第三隔离层6的形状为长方形，这样能够与法兰9匹配。
芯体7的形状为长方形，这样能够加大芯体的使用率。
过渡板8的形状为长方形，这样结构简单，易于制造和生产。
法兰9的两端设有凸起块，这样方便装夹。
第一液体扩散焊10和第二液相扩散焊11的形状都为长方形，这样能够使扩散稳定。
本发明液体火箭发动机层板喷注器的连接方法包括以下步骤：
步骤一，根据产品形状、结构、材料和使用要求，选择与产品相适应的中间层材料、并设计中间层形状、及中间层平铺和固定方式；利用压力焊压力分配方法的原理，借助模拟分析软件进行工装设计和压力选择利用设计的压力分配工装；
步骤二，领取层板喷注器零件、中间层和工装，并根据材料特点分别进行超声波清洗，并用电吹风吹干，零件和中间层表面不允许有水迹或其它杂质；
步骤三，按文件规定要求，将中间层平放在零件的指定位置，并且点焊在一起，电焊参数不宜过大，要求中间层与零件贴平，不允许出现隆起、缺口、破损、明显不平和漏点；
步骤四，将点焊好的零件按文件要求组装在一起，并对准零件刻线，为保证零件装配到位，待焊面贴合紧密，为验证装配状态，采用高度尺进行在同一圆弧平台的同一圆弧线测量三点高度，要求同一圆弧面高度差不得超过0.03mm，若发现位置不符、刻线未对准或高度差超差，需要重新进行装配，直到符合要求为止；
步骤五，打开真空炉炉门，将工装、隔离层材料、层板喷注器安装在一起，将其整体和隔离层材料放置在真空炉均温区内，并关闭真空炉门，完成真空炉各项准备工作，如水路、气路和电路准备，启动设备；
步骤六，设定真空炉程序的焊接温度、扩散时间、升温速度、降温速度、压力加载、真空度；
步骤七，运行真空炉进行层板喷注器焊接，过程包括抽真空、加热、加压、保温、保压、降温、出炉；
步骤八，打开真空炉门，将焊好的层板喷注器产品取出，移掉工装，去除隔离层材料，完成整个产品焊接过程，并对层板喷注器焊缝进行气密、强度等功能性测试。
所述步骤一包括选择与产品相适应的中间层材料、并设计中间层形状和添加方式。
所述步骤四包括将点焊好的零件组装在一起，为保证零件装配到位，待焊面贴合紧密，为验证装配状态，可以进行必要的定位和测量，若发现位置不符或高度不正确，需要重新进行装配。
所述步骤六包括设定真空炉程序过程参数，如焊接温度、扩散时间、加载压力和真空度，并运行程序进行产品焊接。
综上所述，本发明能够有效地提高焊缝密封性，增加强度，提升合格率。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种液体火箭发动机层板喷注器，其特征在于，其包括第一隔离层、转接块工装、第二隔离层、分配块工装、定位块工装、第三隔离层、芯体、过渡板、法兰、第一液相扩散焊、第二液相扩散焊、第四隔离层，第一隔离层位于转接块工装的顶部，转接块工装和分配块工装都通过第二隔离层连接，芯体位于第四隔离层的下方，过渡板位于第一液相扩散焊的左侧，第三隔离层位于法兰的底部，第二液相扩散焊和第三隔离层之间通过第一液相扩散焊连接，法兰位于定位块工装的下方，第四隔离层位于分配块工装和芯体之间，定位块工装位于分配块工装的下方。
2.如权利要求1所述的液体火箭发动机层板喷注器，其特征在于，所述第一隔离层的形状为长方形。
3.如权利要求1所述的液体火箭发动机层板喷注器，其特征在于，所述转接块工装的下方设有一个凹口。
4.如权利要求1所述的液体火箭发动机层板喷注器，其特征在于，所述第二隔离层的形状为长方形。
5.如权利要求1所述的液体火箭发动机层板喷注器，其特征在于，所述分配块工装的形状为长方形。
6.如权利要求1所述的液体火箭发动机层板喷注器，其特征在于，所述定位块工装的下方设有凸起块。
7.一种液体火箭发动机层板喷注器的连接方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，根据产品形状、结构、材料和使用要求，选择与产品相适应的中间层材料、并设计中间层形状、及中间层平铺和固定方式，利用压力焊压力分配方法的原理，借助模拟分析软件进行工装设计和压力选择利用设计的压力分配工装；
步骤二，领取层板喷注器零件、中间层和工装，并根据材料特点分别进行超声波清洗，并用电吹风吹干，零件和中间层表面不允许有水迹或其它杂质；
步骤三，按文件规定要求，将中间层平放在零件的指定位置，并且电焊在一起，电焊参数不宜过大，要求中间层与零件贴平，不允许出现隆起、缺口、破损、明显不平和漏点；
步骤四，将点电 好的零件按文件要求组装在一起，并对准零件刻线，为保证零件装配到位，待焊面贴合紧密，为验证装配状态，采用高度尺进行在同一圆弧平台的同一圆弧线测量三点高度，要求同一圆弧面高度差不得超过0.03mm，若发现位置不符、刻线未对准或高度差超差，需要重新进行装配，直到符合要求为止；
步骤五，打开真空炉炉门，将工装、隔离层材料、层板喷注器安装在一起，将其整体和隔离层材料放置在真空炉均温区内，并关闭真空炉门，完成真空炉各项准备工作；
步骤六，设定真空炉程序的焊接温度、扩散时间、升温速度、降温速度、压力加载、真空度；
步骤七，运行真空炉进行层板喷注器焊接，过程包括抽真空、加热、加压、保温、保压、降温、出炉；
步骤八，打开真空炉门，将焊好的层板喷注器产品取出，移掉工装，去除隔离层材料，完成整个产品焊接过程，并对层板喷注器焊缝进行气密、强度功能性测试。
8.如权利要求7所述的液体火箭发动机层板喷注器的连接方法，其特征在于，所述步骤一包括选择与产品相适应的中间层材料、并设计中间层形状和添加方式。
9.如权利要求7所述的液体火箭发动机层板喷注器的连接方法，其特征在于，所述步骤四包括将电 焊好的零件组装在一起，为保证零件装配到位，待焊面贴合紧密，为验证装配状态，进行必要的定位和测量，若发现位置不符或高度不正确，需要重新进行装配。
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