CN109128715A - 大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法 - Google Patents

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闫红建
刘杰
何勇攀
李海波
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Abstract

本发明属于固体火箭技术领域，具体涉及一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法。针对传统水冷喷管测量段在大流量燃气作用下容易被烧蚀破坏的缺陷，本发明提供一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法，所述水冷喷管测量段包括：前法兰、外壳体、内壳体、总压耙安装座及后法兰；本发明的优点在于优化了水冷喷管测量段入口处及总压耙安装座结构形式及材料选择，提高了水冷喷管测量段在大燃气流量作用下的抗冲刷烧蚀能力，延长了水冷喷管的使用寿命，有力保证了长时间试验的成功。

Description

大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法
技术领域
本发明属于固体火箭技术领域，具体涉及一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法。
背景技术
水冷喷管是冲压发动机燃烧性能试验的重要部件，具有加工周期短、成本低、便于布置压力/温度测点等优点，在燃烧性能试验中常用来代替复合材料热防护喷管。水冷测量段为水冷喷管测点布置部段。传统的水冷喷管测量段常采用内外两层不锈钢板，中间为冷却循环水通道的结构，总压耙安装座直接焊接于内外层壳体上，如图1所示。
固体火箭冲压发动机常采用含硼富燃料推进剂，燃烧性能试验过程中喷入水冷喷管内的燃气流为高温高速气固两相流，凝相粒子的存在，特别是在大燃气流量状态下，将对水冷喷管入口段及总压耙安装座与内层壳体之间焊缝处产生强烈的冲刷烧蚀作用，造成入口段内层壳体与总压耙安装座内侧焊缝逐渐减薄直至被烧穿破坏，无法满足固体火箭冲压发动机大燃气流量燃烧性能试验多次重复使用或者单次长时间使用需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对传统水冷喷管测量段在大流量燃气作用下容易被烧蚀破坏的缺陷，如何制备一种大燃气流量使用条件下具有较强抗烧蚀能力的水冷喷管测量段结构，以大大延长水冷喷管的使用寿命，有力保证长时间试验的成功。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1：按照水冷喷管应用工况要求准备并设置用于构成水冷喷管测量段结构的前法兰102、外壳体103、内壳体104及后法兰108；
步骤2：准备一上部设有向内侧延伸的耳部的连接座105，作为总压耙安装座与外壳体103的连接部件，将连接座105焊接于外壳体103端部上表面；
步骤3：准备两个腔体结构，作为总压耙安装座的外支座107和内支座106，其中，外支座107内径与内支座106外径设置为相匹配；
步骤4：将所述外支座107上端部顶面与连接座105耳部相互焊接，外支座107上端部侧面与外壳体103端部侧面相互焊接，外支座107下端部侧面与内壳体104相互焊接；
步骤5：将所述内支座106设置于外支座107内，再将总压耙设置安装在内支座106中。
其中，所述内支座106采用钨渗铜材料制成。
其中，为减轻高温高速燃气对水冷喷管测量段入口处冲刷烧蚀影响，所述步骤1中，还包括在入口处的内壳体104上镶嵌一段钨渗铜壳体101的步骤。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)本发明在水冷喷管测量段入口处的内层壳体上镶嵌一段钨渗铜壳体。通过在水冷喷管测量段燃气流冲刷烧蚀作用强烈的入口壳体上镶嵌一段钨渗铜材料的壳体，大大增强了该位置结构抗烧蚀冲刷能力。
(2)总压耙安装座结构改进。本发明将传统的总压耙安装座分为三部分，加大了总压耙座、内壳体之间焊缝与总压耙的距离，其中内支座换用钨渗铜材料，有效减轻了总压耙扰流作用对总压耙周围区域壳体的烧蚀冲刷影响。
综上，本发明的优点在于优化了水冷喷管测量段入口处及总压耙安装座结构形式及材料选择，提高了水冷喷管测量段在大燃气流量作用下的抗冲刷烧蚀能力，延长了水冷喷管的使用寿命，有力保证了长时间试验的成功。
附图说明
图1为现有技术技术方案示意图。
图2为本发明技术方案示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术的问题，本发明提供一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法，所述制备方法包括：
步骤1：按照水冷喷管应用工况要求准备并设置用于构成水冷喷管测量段结构的前法兰102、外壳体103、内壳体104及后法兰108；
步骤2：准备一上部设有向内侧延伸的耳部的连接座105，作为总压耙安装座与外壳体103的连接部件，将连接座105焊接于外壳体103端部上表面；
步骤3：准备两个腔体结构，作为总压耙安装座的外支座107和内支座106，其中，外支座107内径与内支座106外径设置为相匹配；
步骤4：将所述外支座107上端部顶面与连接座105耳部相互焊接，外支座107上端部侧面与外壳体103端部侧面相互焊接，外支座107下端部侧面与内壳体104相互焊接；
步骤5：将所述内支座106设置于外支座107内，再将总压耙设置安装在内支座106中。
其中，所述内支座106采用钨渗铜材料制成。
其中，为减轻高温高速燃气对水冷喷管测量段入口处冲刷烧蚀影响，所述步骤1中，还包括在入口处的内壳体104上镶嵌一段钨渗铜壳体101的步骤。
此外，本发明还提供一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构，如图2所示，所述水冷喷管测量段的主体结构包括：前法兰102、外壳体103、内壳体104、总压耙安装座及后法兰108；
现有技术中，总压耙安装座与内层壳体104间焊缝处被冲刷烧蚀破坏较严重，主要是由于总压耙对燃气流的扰流作用使得燃气流对总压耙附近区域烧蚀冲刷作用增强；本方案对总压耙安装座结构进行了改进，将安装座分成三部分即，总压耙安装座包括：连接座105、内支座106与外支座107；
所述连接座105焊接于外壳体103端部上表面，所述连接座105上部设有向内侧延伸的耳部；
所述外支座107和内支座106均为腔体结构，外支座107内径与内支座106外径设置为相匹配；
所述外支座107上端部顶面与连接座105耳部相互焊接，外支座107上端部侧面与外壳体103端部侧面相互焊接，外支座107下端部侧面与内壳体104相互焊接；
所述内支座106设置于外支座107内，总压耙设置安装在内支座106中。
其中，所述改进后的结构总压耙安装座与内壳体104之间的焊缝位于外支座107与内壳体104之间，增加了焊缝与总压耙之间的间距，同时内支座106采用钨渗铜材料制成，大大增强了总压耙根部附近区域壳体抗冲刷烧蚀能力。
其中，为减轻高温高速燃气对水冷喷管测量段入口处冲刷烧蚀影响，在入口处的内壳体104上镶嵌一段钨渗铜壳体101取代不锈钢壳体，钨渗铜材料具有较强的抗烧蚀冲刷能力。
改进后的水冷喷管测量段在入口及总压耙周围区域抗冲刷烧蚀能力的提升，大大延长了水冷喷管测量段在大燃气流量条件下的使用寿命，使得水冷喷管可多次重复使用，降低了水冷喷管使用成本，同时可满足大燃气流量下单次长时间试验的需求。该水冷喷管测量段通过了固体火箭冲压发动机在燃气流量13.6kg/s(其中一次燃气流量1.4kg/s，空气流量12.2kg/s)工作条件的考核，发动机全程工作110s，试验后水冷喷管测量段结构完整，入口及总压耙附近区域未见明显的烧蚀破坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤1：按照水冷喷管应用工况要求准备并设置用于构成水冷喷管测量段结构的前法兰(102)、外壳体(103)、内壳体(104)及后法兰(108)；
步骤2：准备一上部设有向内侧延伸的耳部的连接座(105)，作为总压耙安装座与外壳体(103)的连接部件，将连接座(105)焊接于外壳体(103)端部上表面；
步骤3：准备两个腔体结构，作为总压耙安装座的外支座(107)和内支座(106)，其中，外支座(107)内径与内支座(106)外径设置为相匹配；
步骤4：将所述外支座(107)上端部顶面与连接座(105)耳部相互焊接，外支座(107)上端部侧面与外壳体(103)端部侧面相互焊接，外支座(107)下端部侧面与内壳体(104)相互焊接；
步骤5：将所述内支座(106)设置于外支座(107)内，再将总压耙设置安装在内支座(106)中。
2.如权利要求1所述的大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法，其特征在于，所述内支座(106)采用钨渗铜材料制成。
3.如权利要求1所述的大燃气流量使用条件下的水冷喷管测量段结构的制备方法，其特征在于，为减轻高温高速燃气对水冷喷管测量段入口处冲刷烧蚀影响，所述步骤1中，还包括在入口处的内壳体(104)上镶嵌一段钨渗铜壳体(101)的步骤。
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