CN107956602A - 一种复合材料推力室的新型连接结构 - Google Patents

一种复合材料推力室的新型连接结构 Download PDF

Info

Publication number
CN107956602A
CN107956602A CN201711182402.8A CN201711182402A CN107956602A CN 107956602 A CN107956602 A CN 107956602A CN 201711182402 A CN201711182402 A CN 201711182402A CN 107956602 A CN107956602 A CN 107956602A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transition metal
jet pipe
ring
metal connection
connection ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711182402.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107956602B (zh
Inventor
梁薇
何佳丽
李健
王大锐
安鹏
姚世强
任胜文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Propulsion Institute
Original Assignee
Beijing Aerospace Propulsion Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Propulsion Institute filed Critical Beijing Aerospace Propulsion Institute
Priority to CN201711182402.8A priority Critical patent/CN107956602B/zh
Publication of CN107956602A publication Critical patent/CN107956602A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107956602B publication Critical patent/CN107956602B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97—Rocket nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/0046—Welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/08—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using solid propellants
    • F02K9/32—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/34—Casings; Combustion chambers; Liners thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62—Combustion or thrust chambers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)

Abstract

一种复合材料推力室的新型连接结构，涉及液体双组元轨姿控发动机推力室复合材料和金属材料的连接方式领域；包括端头、过渡金属连接环、膨胀石墨密封圈、压环和喷管；其中，端头为圆台状结构；过渡金属连接环的一端沿轴向与端头固定连接；喷管沿轴向与过渡金属连接环固定连接；膨胀石墨密封圈套装在喷管与过渡金属连接环之间；压环固定安装在过渡金属连接环的轴向另一端；且压环固定安装在喷管与过渡金属连接环的连接处；本发明不仅适用于金属头部与复合材料喷管的连接，也适用于金属喷管与复合材料延伸段的连接，可简化连接结构，减轻推力室重量。

Description

一种复合材料推力室的新型连接结构
技术领域
本发明涉及一种液体双组元轨姿控发动机推力室复合材料和金属材料的连接方式领域，特别是一种复合材料推力室的新型连接结构。
背景技术
优化推力室结构设计，有效降低推力室结构重量，是高性能推力室设计需考虑的重要因素之一。采用密度小、具有良好高温性能的复合材料(C/SiC、C-C)喷管或延伸段是实现推力室轻质、高性能的重要途径。
但复合材料推力室的应用很大程度上取决于连接技术的发展。目前，液体双组元轨姿控发动机复合材料构件的连接主要是推力室钛合金头部与复合材料喷管的连接、金属喷管与复合材料延伸段之间的连接，归结起来是复合材料和金属材料的连接，连接的方法可采用机械连接和焊接两种方法。
机械连接主要方式为螺栓－法兰连接和螺纹连接，连接方式结构笨重，难以满足轨姿控发动机轻质、高性能的要求，且可靠性欠佳、重复使用率低。欧空局卫星用400N推力室采用C/SiC作为喷管，其头身连接就采用了螺栓－法兰连接。而金属材料与复合材料的钎焊技术尚不成熟。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合材料推力室的新型连接结构，不仅适用于金属头部与复合材料喷管的连接，也适用于金属喷管与复合材料延伸段的连接，可简化连接结构，减轻推力室重量。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种复合材料推力室的新型连接结构，包括端头、过渡金属连接环、膨胀石墨密封圈、压环和喷管；其中，端头为圆台状结构；过渡金属连接环的一端沿轴向与端头固定连接；喷管沿轴向与过渡金属连接环固定连接；膨胀石墨密封圈套装在喷管与过渡金属连接环之间；压环固定安装在过渡金属连接环的轴向另一端；且压环固定安装在喷管与过渡金属连接环的连接处。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述的过渡金属连接环为中空双环柱体结构；包括内环柱和外环柱；外环柱包裹在内环柱的外壁；且外环柱与内环柱之间设置有环形凹槽。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述内环柱的内径L1为14-16mm；内环柱壁厚L2为1.4-1.6mm；过渡金属连接环外壁直径L3为23-26mm；过渡金属连接环轴向长度L5为12-15mm；外环柱壁厚L4为1-1.4mm；环形凹槽径向宽度L6为2-3mm。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述的端头、过渡金属连接环和压环均采用钛合金材料。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述膨胀石墨密封圈固定安装在环形凹槽内；且在喷管的挤压下，膨胀石墨密封圈沿轴向向端头方向压缩；膨胀石墨密封圈的最大压缩量为原轴向长度的25％-30％。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述喷管为变径柱体结构；喷管的大径端与过渡金属连接环的轴向一端接触；且喷管的大径端的外壁与过渡金属连接环的外环柱内壁接触；喷管的内径为为14-16mm；喷管小径端的壁厚L7为1.5-1.7mm。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述压环为截面为L形的中空环状结构；压环的拐角处与外环柱的轴向一端固定连接；压环的伸长端与喷管的大径端轴向接触。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述压环内壁的直径比喷管小径端的外壁直径大0.7-1.7mm。
在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构，所述端头与过渡金属连接环之间通过焊接连接；压环与过渡金属连接环之间通过焊接连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了“过渡金属连接环-石墨密封-电子束焊接连接”的结构方式，实现了推力室金属头部与复合材料喷管的有效密封和紧凑、可靠连接，满足发动机轻质化、高推质比的要求；
(2)本发明针对金属材料头部与复合材料喷管的密封问题，采用了沉入式密封结构，将膨胀石墨密封圈装入过渡金属连接环的密封槽内，通过复合材料喷管插入密封槽并卡紧压环来压紧密封。沉入式密封结构密封槽的体积为密封圈体积的四分之三左右，并采用专门的膨胀石墨密封圈；经热试车试验验证，良好地实现了过渡金属连接环与复合材料喷管的有效密封；
(3)本发明装配时依次将膨胀石墨密封圈、复合材料喷管、压环压入过渡金属连接环内的密封槽中，并采用专用焊接工装将密封圈压紧；然后，采用真空电子束焊将过渡金属连接环和压环进行焊接；最后再采用真空电子束焊将金属头部和过渡金属连接环进行焊接，实现了发动机结构紧凑、连接可靠的要求。其中，压环使用两个半环对接并压紧的结构方式实现了不同出口尺寸的复合材料喷管的有效连接。
附图说明
图1为本发明复合材料喷管推力室头身连接结构示意图；
图2为本发明过渡金属连接环示意图；
图3为本发明喷管示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种复合材料推力室的新型连接结构，推力室金属端头1与复合材料喷管5的连接为“过渡金属连接环2-膨胀石墨密封圈3-电子束焊接连接”结构。
如图1所示为复合材料喷管推力室头身连接结构示意图，由图可知，一种复合材料推力室的新型连接结构包括端头1、过渡金属连接环2、膨胀石墨密封圈3、压环4和喷管5；其中，端头1为圆台状结构；过渡金属连接环2的一端沿轴向与端头1固定连接；喷管5沿轴向与过渡金属连接环2固定连接；膨胀石墨密封圈3套装在喷管5与过渡金属连接环2之间；压环4固定安装在过渡金属连接环2的轴向另一端；且压环4固定安装在喷管5与过渡金属连接环2的连接处。端头1、过渡金属连接环2和压环4均采用钛合金材料。端头1与过渡金属连接环2之间通过焊接连接；压环4与过渡金属连接环2之间通过焊接连接。
如图2所示为过渡金属连接环示意图，由图可知，过渡金属连接环2为中空双环柱体结构；包括内环柱2-1和外环柱2-2；外环柱2-2包裹在内环柱2-1的外壁；且外环柱2-2与内环柱2-1之间设置有环形凹槽2-3。其中，内环柱2-1的内径L1为14-16mm；内环柱2-1壁厚L2为1.4-1.6mm；过渡金属连接环2外壁直径L3为23-26mm；过渡金属连接环2轴向长度L5为12-15mm；外环柱2-2壁厚L4为1-1.4mm；环形凹槽2-3径向宽度L6为2-3mm。
膨胀石墨密封圈3固定安装在环形凹槽2-3内；且在喷管5的挤压下，膨胀石墨密封圈3沿轴向向端头1方向压缩；膨胀石墨密封圈3的最大压缩量为原轴向长度的25％-30％。
如图3所示为喷管示意图，由图可知，喷管5为变径柱体结构；喷管5的大径端与过渡金属连接环2的轴向一端接触；且喷管5的大径端的外壁与过渡金属连接环2的外环柱2-2内壁接触；喷管5的内径为为14-16mm；喷管5小径端的壁厚L7为1.5-1.7mm。
压环4为截面为L形的中空环状结构；压环4的拐角处与外环柱2-2的轴向一端固定连接；压环4的伸长端与喷管5的大径端轴向接触。压环4内壁的直径比喷管5小径端的外壁直径大0.7-1.7mm。
具体装配过程是：首先将膨胀石墨密封圈3装入过渡金属连接环2的环形凹槽2-3内，然后将喷管5装入过渡金属连接环2内，再将压环4压入过渡金属连接环2，随后利用专用工装将压环4、喷管5与过渡金属连接环2压紧。压紧后，膨胀石墨密封圈3变形充满整个密封槽实现密封功能，接着进行过渡金属连接环2与压环4的电子束焊接，最后进行推力室端头1与过渡金属连接环2的电子束焊接，从而完成整个推力室的生产。
推力室头身连接结构的关键技术，主要体现在：
过渡金属连接环内设计合适的密封槽，用压环4将复合材料喷管5与过渡金属连接环2压紧，膨胀石墨密封圈4变形充满环形凹槽2-3，然后以电子束焊接连接，随后将推力室金属端头1与过渡金属连接环2焊接，完成整个推力室的生产。“过渡金属连接环-石墨密封-电子束焊接连接”的结构设计，可保证连接密封有效、结构紧凑可靠，推力室整体结构重量大幅减轻，满足轻质、高性能、高可靠性的要求。通过理论计算优化密封槽体积，以良好地适应石墨密封圈3的体积膨胀率。在发动机试车时，石墨密封圈3受热膨胀，实现良好的密封效果。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：包括端头(1)、过渡金属连接环(2)、膨胀石墨密封圈(3)、压环(4)和喷管(5)；其中，端头(1)为圆台状结构；过渡金属连接环(2)的一端沿轴向与端头(1)固定连接；喷管(5)沿轴向与过渡金属连接环(2)固定连接；膨胀石墨密封圈(3)套装在喷管(5)与过渡金属连接环(2)之间；压环(4)固定安装在过渡金属连接环(2)的轴向另一端；且压环(4)固定安装在喷管(5)与过渡金属连接环(2)的连接处。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述的过渡金属连接环(2)为中空双环柱体结构；包括内环柱(2-1)和外环柱(2-2)；外环柱(2-2)包裹在内环柱(2-1)的外壁；且外环柱(2-2)与内环柱(2-1)之间设置有环形凹槽(2-3)。
3.根据权利要求2所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述内环柱(2-1)的内径L1为14-16mm；内环柱(2-1)壁厚L2为1.4-1.6mm；过渡金属连接环(2)外壁直径L3为23-26mm；过渡金属连接环(2)轴向长度L5为12-15mm；外环柱(2-2)壁厚L4为1-1.4mm；环形凹槽(2-3)径向宽度L6为2-3mm。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述的端头(1)、过渡金属连接环(2)和压环(4)均采用钛合金材料。
5.根据权利要求4所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述膨胀石墨密封圈(3)固定安装在环形凹槽(2-3)内；且在喷管(5)的挤压下，膨胀石墨密封圈(3)沿轴向向端头(1)方向压缩；膨胀石墨密封圈(3)的最大压缩量为原轴向长度的25％-30％。
6.根据权利要求5所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述喷管(5)为变径柱体结构；喷管(5)的大径端与过渡金属连接环(2)的轴向一端接触；且喷管(5)的大径端的外壁与过渡金属连接环(2)的外环柱(2-2)内壁接触；喷管(5)的内径为为14-16mm；喷管(5)小径端的壁厚L7为1.5-1.7mm。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述压环(4)为截面为L形的中空环状结构；压环(4)的拐角处与外环柱(2-2)的轴向一端固定连接；压环(4)的伸长端与喷管(5)的大径端轴向接触。
8.根据权利要求7所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述压环(4)内壁的直径比喷管(5)小径端的外壁直径大0.7-1.7mm。
9.根据权利要求8所述的一种复合材料推力室的新型连接结构，其特征在于：所述端头(1)与过渡金属连接环(2)之间通过焊接连接；压环(4)与过渡金属连接环(2)之间通过焊接连接。
CN201711182402.8A 2017-11-23 2017-11-23 一种复合材料推力室的连接结构 Active CN107956602B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711182402.8A CN107956602B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种复合材料推力室的连接结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711182402.8A CN107956602B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种复合材料推力室的连接结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107956602A true CN107956602A (zh) 2018-04-24
CN107956602B CN107956602B (zh) 2019-12-31

Family

ID=61961713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711182402.8A Active CN107956602B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种复合材料推力室的连接结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107956602B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110332059A (zh) * 2019-04-25 2019-10-15 北京控制工程研究所 一种用于单组元高温合金喷注器与陶瓷喷管的连接结构
CN112628021A (zh) * 2020-12-01 2021-04-09 蓝箭航天空间科技股份有限公司 一种推力室端部的封焊方法及火箭发动机推力室
CN115073200A (zh) * 2022-05-19 2022-09-20 北京控制工程研究所 用于陶瓷反应室与高温合金喷注器的对接密封结构及方法
CN117072346A (zh) * 2023-10-17 2023-11-17 沈阳航天新光集团有限公司 一种推力室中燃烧室与喷注器连接装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2251015C1 (ru) * 2003-08-20 2005-04-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Сопло жидкостного ракетного двигателя
CN106134320B (zh) * 2010-04-27 2013-10-30 西安航天动力研究所 一种柔性石墨+钎焊组合密封结构的陶瓷与金属连接方法
CN105089853A (zh) * 2015-08-25 2015-11-25 南京理工大学 固体火箭发动机组合式喷管

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2251015C1 (ru) * 2003-08-20 2005-04-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" Сопло жидкостного ракетного двигателя
CN106134320B (zh) * 2010-04-27 2013-10-30 西安航天动力研究所 一种柔性石墨+钎焊组合密封结构的陶瓷与金属连接方法
CN105089853A (zh) * 2015-08-25 2015-11-25 南京理工大学 固体火箭发动机组合式喷管

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110332059A (zh) * 2019-04-25 2019-10-15 北京控制工程研究所 一种用于单组元高温合金喷注器与陶瓷喷管的连接结构
CN112628021A (zh) * 2020-12-01 2021-04-09 蓝箭航天空间科技股份有限公司 一种推力室端部的封焊方法及火箭发动机推力室
CN115073200A (zh) * 2022-05-19 2022-09-20 北京控制工程研究所 用于陶瓷反应室与高温合金喷注器的对接密封结构及方法
CN117072346A (zh) * 2023-10-17 2023-11-17 沈阳航天新光集团有限公司 一种推力室中燃烧室与喷注器连接装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107956602B (zh) 2019-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107956602A (zh) 一种复合材料推力室的新型连接结构
CN101468431B (zh) 一种异种材料间复合焊接方案
DE2510153A1 (de) Hermetisch abgedichteter kompressor
CN102169732B (zh) 高温气冷堆核电压力容器用电气贯穿件及其加工方法
CN111594060A (zh) 一种非真空隔热油管及其生产工艺
CN205978797U (zh) 一种不锈钢波纹管密封的阀杆及其专用检漏工装
CN101176961A (zh) 一种铜铝复合结构金属罐体的制作方法
CN205936432U (zh) 一种矿用超高压密封钻杆
CN106122584A (zh) 适用于高温高压腐蚀性气体的不锈钢波纹管密封的阀杆及其检漏工装
CN211502322U (zh) 一种长期贮存高压气体的预包装贮存模块
CN112196632A (zh) 一种预压涡轮进口壳体及其加工方法
CN208982752U (zh) 常开式高压气控燃气阀
CN104633324B (zh) 一种管路球形接头强化密封结构
CN201237048Y (zh) 水系统空调用焊接式不锈钢波纹管
CN114131171B (zh) 一种双层圆管的爆炸焊接方法
CN107062660B (zh) 金属直通真空集热管的端部密封结构
CN201652806U (zh) 燃气热水器换热器与水阀体的连接结构
CN104358718B (zh) 一种活塞式蓄能器
CN208456818U (zh) 一种微型空调压缩机进气管与机架连接结构
RU2307913C2 (ru) Теплоизолированная колонна
JPS5989997A (ja) ヒ−トパイプとその製造方法
CN2434507Y (zh) 多功能真空阀
CN103527531A (zh) 一种全封闭增压装置
CN114713728B (zh) 一种铝合金薄壁管与薄壁法兰超低温塑性连接方法与装置
CN208578542U (zh) 一种线切割不等式多段封隔器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant