CN110529293A - 一种固体火箭发动机热球窝接头结构设计 - Google Patents

一种固体火箭发动机热球窝接头结构设计 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固体火箭发动机热球窝接头的设计方案，属于航天器推进系统技术领域，一种固体火箭发动机热球窝接头包括阳球和阴球，阳球通过外球面和阴球内球面形成球带配合，从而构成了可自由摆动的喷管接头，该球窝结构可增强系统稳定性，从而使摆心漂移量减小，另外，由于阳球和阴球均使用性能优越的三维碳/碳编织复合材料，使热球窝接头喷管相对于之前的喷管具有部件少、重量轻、密封性好、作动力矩小、系统稳定性好、可靠性更高的优点，从而在整体上提高了发动机的性能，促进了航天事业的进步。

Description

一种固体火箭发动机热球窝接头结构设计
技术领域
本发明涉及航天器推进系统技术领域，具体是一种固体火箭发动机热球窝接头结构的设计。
背景技术
固体火箭发动机是当今各种航天器及各种常规战术导弹的主要动力装置。喷管是火箭发动机的核心部件，其功能是发动机通过改变燃气喷出方向为航天器提供可控飞行推力，并保证飞行器在任何状态和环境下的稳定性、按规定弹道飞行或作必要的机动飞行，所以，其性能往往决定着航天器的总体性能。
在几十年的发展历程中，先后出现了燃气舵、喷流致偏器、旋转喷管、液浮轴承喷管、柔性喷管及冷球窝喷管等喷管技术，虽然这些喷管在性能上有一定的优越性，但是还普遍存在结构复杂、重量大、摆心漂移量大、作动力矩大及可靠性低等缺点。
所以，针对以上问题，需要设计一种结构简单、重量轻、稳定性好、作动力矩小及可靠性高的一种喷管接头结构来提高航天器的整体性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的固体火箭发动机热球窝接头的设计方案，实现了结构简单化、重量轻型化、运动性能优越及可靠性高的需求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：本固体火箭发动机热球窝接头结构包括阳球和阴球，其特征在于：所述阳球外球面为大尺寸球面的球头，阳球内型面为先收敛后扩张的拉瓦尔型内型面，下部为用于和喷管连接的法兰；所述阴球为球窝，阴球内球面和外球面均为大尺寸球面。
其中，所述阳球和阴球均由三维碳/碳编织复合材料制成。
其中，所述阳球外球面半径和阴球内球面半径均为115.25mm。
其中，所述阳球内型面由收敛段、喉部、发散段组成。
其中，所述阳球收敛段入口半径为100mm。
其中，所述阳球喉部半径为70mm。
其中，所述阴球外球面半径为125.25mm。
其中，所述阴球内球面中心处和球心的连线与阳球中轴向夹角(接触角)为73.425°。
其中，所述阴球内球面中心处和球心的连线与球面上(或下)端面和球心的连线夹角(接触范围)为10.513°。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
热球窝接头全部使用三维碳/碳编织复合材料，这种材料相比于之前的金属材料接头具有：热膨胀系数低、导热系数高、密度低、摩擦系数低以及高温下性能稳定等优点，从而无需单独配置密封装置、衬层材料和绝热层，这样就使喷管从总体上减少了部件数量，减轻了系统重量，降低了作动力矩，从而提高了可靠性。
阴阳球配合的接头结构使喷管摆动中心较为稳定，从而降低了摆心漂移量，提高了系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明的热球窝接头示意图；
图2为本发明的阳球示意图；
图3为本发明的阴球示意图；
图中：1-阳球，101-阳球外球面，102-阳球内型面，103-阳球下端法兰，2-阴球，201-阴球内球面，202-阴球外球面。203-阴球上端面，204-阴球下端面。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出一系列改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种固体火箭发动机热球窝接头结构包括阳球1和阴球2，其特征在于：所述阳球外球面101为大尺寸球面的球头，阳球内型面102为先收敛后扩张的拉瓦尔型内型面，下部为用于和喷管连接的法兰103；所述阴球2为球窝，阴球内球面201和外球面202均为大尺寸球面。
所述阳球1和阴球2均由三维碳/碳编织复合材料制成。
所述阳球外球面101半径和阴球内球面201半径均为115.25mm。
所述阳球内型面102由收敛段、喉部、发散段组成。
所述阳球收敛段入口半径为100mm。
所述阳球内型面102喉部半径为70mm。
所述阴球外球面半径为125.25mm。
所述阴球内球面中心处和球心的连线与阳球中轴向夹角(接触角)为73.425°。
所述阴球内球面中心处和球心的连线与球面上(或下)端面和球心的连线夹角(接触范围)为10.513°。
工作时，在喷管壁面压力和非定常热应力的作用下，阳球1和阴球2均产生一定量的变形，使阳球外球面101和阴球内球面201产生一定的挤压，从而对发动机内的燃气形成密封效果，系统在作动器的带动下，阳球1在阴球内球面201上进行摆动运动，从而实现对燃气喷出方向的控制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述，需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种改进，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种固体火箭发动机热球窝接头结构包括阳球和阴球，其特征在于：所述阳球外球面为大尺寸球面的球头，阳球内型面为先收敛后扩张的拉瓦尔型内型面，下部为用于和喷管连接的法兰；所述阴球为球窝，阴球内球面和外球面均为大尺寸球面。
2.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阳球和阴球均由三维碳/碳编织复合材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阳球外球面半径和阴球内球面半径均为115.25mm。
4.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阳球内型面由收敛段、喉部、发散段组成。
5.根据权利要求4所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阳球收敛段入口半径为100mm。
6.根据权利要求4所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阳球内型面喉部半径为70mm。
7.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阴球外球面半径为125.25mm。
8.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阴球内球面中心处和球心的连线与阳球中轴向夹角(接触角)为73.425°。
9.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机热球窝接头，其特征在于所述阴球内球面中心处和球心的连线与球面上(或下)端面和球心的连线夹角(接触范围)为10.513°。
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