CN109695515A - 总装结构、火箭发动机、液体火箭 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种总装结构、火箭发动机、液体火箭，一种总装结构，用于火箭发动机，包括：机体，其通过增材制造一体打印成型；以及打印成型在所述机体内部的若干条流道，所述流道用以流通火箭发动机所需要的介质流体。本发明中的总装结构以内部成型流道的方式替代传统的管路件，减少了总装结构上的零件数量，同时节省了管路组装的步骤以及节省了管路购买的成本，实现了对总装结构组装难度的降低以及成本的减少。

Description

总装结构、火箭发动机、液体火箭

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体涉及一种总装结构、火箭发动机、液体火箭。

背景技术

总装结构是指将液体姿轨控制动力系统配套组件集成装配在一起的安装结构件，主要包括管路、总装直属件、机架等，现有技术多是采用钛合金或不锈钢材质管路连接各组件连通系统介质流道，通过铝板机架工成安装基体结构件用于固定配套组件、固定管路并与舱体相连。

目前管路制作采用全位置焊接将球头、外套螺母、裸管焊接在一起，再进行焊缝质量探伤、强度、气密检查等工序完成管路制作，机加工量大、检测周期长；铝板机架采用整料加工成本高、采用焊接结构技术难度较大，且因配套组件数量、管路较多，需要配套较多的安装固定结构，成本较高，组装困难。

发明内容

因此，本发明旨在解决减少总装结构的零部件数量，降低组装难度，减少制造成本，从而提供一种总装结构、火箭发动机、液体火箭。

为了解决上述问题，本发明提供了一种总装结构，用于火箭发动机，包括：机体，其通过增材制造一体打印成型；以及打印成型在所述机体内部的若干条流道，所述流道用以流通火箭发动机所需要的介质流体。

本发明中的总装结构还包括：管接头，一体打印成型在所述流道与外界接通处，用以连接外界流体管路。

进一步地，所述流道设置为具有转弯半径的曲道。

进一步地，所述流道包括彼此独立设置的气道、液体氧化剂流道以及液体燃料流道。

进一步地，所述气道、所述液体氧化剂流道以及液体燃料流道呈管网结构。

本发明中的总装结构还包括：减重部，打印成型在所述机体上。

进一步地，所述减重部为减重孔、减重槽中的一种或多种。

进一步地，所述减重孔呈水滴状。

本发明还提供了一种火箭发动机包括：上述任一所述的总装结构。

本发明还提供了一种液体火箭，包括：上述任一所述的总装结构，或

上述的火箭发动机。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的总装结构用于火箭发动机，包括：机体，其通过增材制造一体打印成型；以及打印成型在所述机体内部的若干条流道，所述流道用以流通火箭发动机所需要的介质流体。

本发明中的总装结构利用增材制造一体打印成型，与传统的加工方式相比，本发明中的总装结构不需要外界管路，以内部成型流道的方式替代传统的管路件，减少了总装结构上的零件数量，同时节省了管路组装的步骤以及节省了管路购买的成本，实现了对总装结构组装难度的降低以及成本的减少。

2.本发明中的总装结构还包括：管接头，一体打印成型在所述流道与外界接通处，用以连接外界流体管路。传统的管接头需要通过焊接的方式连接在总装结构上，为了保证焊接管接头处的焊接质量，需要对焊缝质量进行探伤、强度以及气密性的检查，加工复杂且检查耗时耗力，本发明中的管接头直接通过增材制造的方式一体成型在总装结构上，不需要传统的焊接加工，节省了对管接头处检查的工艺步骤，大大提高了生产效率。

3.本发明中的总装结构中的流道设置为具有转弯半径的曲道，避免了内部流道的突然扩张、收缩或90度弯折所引起的流道阻力，可使流体可以更好的在流道内流通，同时与传统的机加工艺相比，无论是数控机床还是一般的手工机床，在加工物体内部孔道时，一般多为直孔或90度的弯折孔，加工任意弯折角度的孔道较为困难，而增材制造技术利用堆叠熔融覆盖成型的方式，加工上述孔道技术难度低且加工时间短。

4.本发明中的总装结构中所述流道包括彼此独立设置的气道、液体氧化剂流道以及液体燃料流道，本发明中将总装结构所需要流通的流质全部集中在总装结构的内部，从而使整个总装结构更加紧凑，安装时占用空间更好，方便工人操作。

5.本发明中的总装结构中所述气道、所述液体氧化剂流道以及液体燃料流道呈管网结构。管网结构的设置，一方面使总装结构部分处于中空结构，减少了整个总装结构的质量，利用安装和搬运，同时管网结构的截面多为圆形或椭圆形，其在受力时，可避免应力集中，有利于增强整个总装结构的结构强度。

6.本发明中的总装结构中还包括：减重部，打印成型在所述机体上，减重部的设计减少总装结构的重量，利于运输和组装。

7.本发明中的总装结构中所述减重部为减重孔、减重槽中的一种或多种，减重孔或减重槽的结构简单，加工方便，加工周期短，效率高。

8.本发明中的总装结构中所述减重孔呈水滴状，水滴形的减重孔在增材打印时具有良好的自支撑性能，使打印成型的成功率更高。

9.本发明还提供了一种火箭发动机包括上述任一所述的总装结构，具有上述总装结构的技术优点，因此其组装效率高，成本低，更利于商业化的生产，可提高产品的市场竞争力。

10.本发明还提供了一种液体火箭，包括：上述任一所述的总装结构，或上述的火箭发动机，降低了液体火箭的制作成本，以及为液体火箭以后的增材制造提供了方向与思路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中提供的总装结构的结构示意图；

图2为本发明实施例1中提供的总装结构中的流道的结构示意图；

图3为本发明实施例1中提供的总装结构中的气道的结构示意图；

图4为本发明实施例1中提供的总装结构中的液体氧化剂流道和液体燃料的结构示意图。

附图标记说明：

1－机体；

2－管接头；

3－流道；31－气道；32－液体氧化剂流道；33－液体燃料流道

4－减重部。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

图1到图4所示，为本实施例提供的一种总装结构，包括：机体1，其通过增材制造一体打印成型；以及打印成型在机体1内部的若干条流道3，流道3用以流通火箭发动机所需要的介质流体。本实施例中的总装结构利用增材制造一体打印成型，与传统的加工方式相比，本发明中的总装结构不需要外界管路，以内部成型流道3的方式替代传统的管路件，减少了总装结构上的零件数量，同时节省了管路组装的步骤以及节省了管路购买的成本，实现了对总装结构组装难度的降低以及成本的减少。

需要说明的是，本实施例中的机体1以及后续实施方式中的机体1均指总装结构中的实体框架部分。

本实施例中的总装结构采用增材制造技术，具体为3D打印技术，其利用3D打印机打印成型，打印材料为镁铝硅合金或钛合金。

本实施例中还包括：管接头2，一体打印成型在所述流道3与外界接通处，用以连接外界流体管路。其中管接头2的型号与外界的管路的口径相适应，其中传统的管接头一般需要通过焊接的方式连接在总装结构上，为了保证焊接管接头处的焊接质量，需要对焊缝质量进行探伤、强度以及气密性的检查，加工复杂且检查耗时耗力，本实施例中的管接头直接通过增材制造的方式一体成型在总装结构上，不需要传统的焊接加工，节省了对管接头处检查的工艺步骤，大大提高了生产效率。

本实施例中的流道3设置为具有转弯半径的曲道，避免了内部流道3的突然扩张、收缩或90弯折所引起的流道阻力，可使流体可以更好的在流道3内流通，同时与传统的机架工艺相比，无论是数控机床还是一般的手工机床，在加工物体内部孔道时，一般多为直孔或90度的弯折孔，加工任意弯折角度的孔道较为困难，而增材制造技术利用堆叠熔融覆盖成型的方式，加工上述孔道技术难度低且加工时间短。

进一步地，所述流道3包括彼此独立设置的气道31、液体氧化剂流道32以及液体燃料流道33。本实施例中的液体氧化剂流道32为液氧流道，液体燃料流道33为液态甲烷流道，液氧和液态甲烷通过流道流入到反应室内，进行下一步燃烧反应。其中的气道31内流通的为惰性气体氮气，上述气道的口径为φ1mm，长度约为300mm。本实施例中将总装结构所需要流通的流质全部集中在总装结构的内部，从而使整个总装结构更加紧凑，安装时占用空间更好，方便工人操作。

在其他一些实施方式中，液体氧化剂流道32内流通的流质也可为液氟、四氧化二氮、过氧化氢或硝酸中的任一种，液体燃料流道33内流通的流质为碳氢燃料、液氢、肼、偏二甲肼、一甲基肼等。

进一步地，流道单位时间内通入流量的大小，可调整流道截面口径的大小来初步控制，以使上述的氧化剂和燃料以设定的比例进行混合反应。

其中，气道31、液体氧化剂流道32以及液体燃料流道33呈管网结构。管网结构的设置，一方面使总装结构部分处于中空结构，减少了整个总装结构的质量，利用安装和搬运，同时管网结构的截面多为圆形或椭圆形，其在受力时，可避免应力集中，有利于增强整个总装结构的结构强度。本实施例中的不同流道3随机分布在机体1内。

在其他一些实施方式中，流道3在机体1内成型时，可采用分层成型的方式，即相同类型的流道3成型在同一层内，在流质传输出现问题时，分层设置的方式更容易排查出问题的原因，方便维护。

本实施例中还包括：减重部4，打印成型在所述机体1上，减重部的设计减少总装结构的重量，利于运输和组装。

进一步地，减重部4为减重孔、减重槽中的一种或多种，减重孔或减重槽的结构简单，加工方便，加工周期短，效率高。

本实施例中的减重孔呈水滴状，水滴形的减重孔在增材打印时具有良好的自支撑性能，使打印成型的成功率更高。

本实施例中的总装结构，在使用3D打印的时，设计人员首先将设计好的总装结构的3D模型信息输入到3D打印机中，3D打印机采用激光选区融化或者电子束成型的方式，将总装结构打印成型。加工成型后去除一体化结构件内的多余粉末，并进行固溶热处理消除内部应力。此时成型的总装结构为毛坯件，在管接头2以及配合面处还需要利用机床进行打磨等精加工处理。本实施例中的总装结构通过3D打印的方式加工，毛坯加工仅需要0.5天，毛坯件的精加工需要0.5天，与传统电火花加工相比，极大缩短了加工时间。

实施例2

本实施例提供了一种火箭发动机，包括上述实施例1中的总装结构，总装结构的一端与外界的燃料或氧化剂储罐相连，储罐中的燃料或氧化剂通过总装结构中的流道输入到火箭发动机的反应室内，催动火箭发动机工作。本实施例中的火箭发动机具有上述总装结构的技术优点，因此其组装效率高，成本低，更利于商业化的生产，可提高产品的市场竞争力。

实施例3

本实施例提供了一种液体火箭，包括上述实施例1中的总装结构，或实施例2中的火箭发动机，且具有其全部的技术优点，在此不再一一赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种总装结构，用于火箭发动机，其特征在于，包括：

机体(1)，其通过增材制造一体打印成型；

以及打印成型在所述机体(1)内部的若干条流道(3)，所述流道(3)用以流通火箭发动机所需要的介质流体。

2.根据权利要求1所述的总装结构，其特征在于，还包括：

管接头(2)，一体打印成型在所述流道(3)与外界接通处，用以连接外界流体管路。

3.根据权利要求1所述的总装结构，其特征在于，所述流道(3)设置为具有转弯半径的曲道。

4.根据权利要求1－3任一所述的总装结构，其特征在于，所述流道(3)包括彼此独立设置的气道(31)、液体氧化剂流道(32)以及液体燃料流道(33)。

5.根据权利要求4所述的总装结构，其特征在于，所述气道(31)、所述液体氧化剂流道(32)以及液体燃料流道(33)呈管网结构。

6.根据权利要求1所述的总装结构，其特征在于，还包括：

减重部(4)，打印成型在所述机体(1)上。

7.根据权利要求6所述的总装结构，其特征在于，所述减重部(4)为减重孔、减重槽中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的总装结构，其特征在于，所述减重孔呈水滴状。

9.一种火箭发动机，其特征在于，包括：

权利要求1－8中任一所述的总装结构。

10.一种液体火箭，其特征在于，包括：

权利要求1－8中任一所述的总装结构，或

权利要求9中所述的火箭发动机。