CN116025487A - 一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，属于固体火箭发动机领域；液压封头为轴向水平放置的壳体结构；喷管壳体与液压封头同轴对接；卡环设置在喷管壳体与液压封头的对接处，实现对喷管壳体和液压封头相对固定限位；喷管壳体轴向中部内壁为台阶结构；液压闷头同轴卡在喷管壳体内腔该台阶处；收敛环贴附在喷管壳体轴向指向液压封头一端的内壁；液压连接杆同轴设置在喷管壳体的轴线处；液压闷头的中心设置有通孔；液压连接杆的轴向一端与液压封头固连，液压连接杆的轴向另一端伸入液压闷头的通孔中；本发明在全面考核了喷管壳体结构性能的前提下，解決了喷管壳体液压试验后易变形的问题。

Description

一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装

技术领域

本发明属于固体火箭发动机领域，涉及一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装。

背景技术

固体火箭发动机作为固体导弹或航天飞行器的动力装置和关键部件，其安全性非常重要，发动机结构完整性破坏是导致灾难性故障的主要原因。喷管作为固体火箭发动机的重要组成部分，是火箭发动机能量转换的重要部件。喷管是燃烧室内高温高压燃气的出口，在工作发动工作过程中需要保持一定的燃烧室压力。因此，喷管的结构完整性直接影响发动机的性能。

喷管壳体作为喷管的支撑结构，主要功能是将各个部分连接成一个整体。喷管壳体强度水压试验是固体火箭发动机在研制过程中和交付使用前必须经历的试验项目。喷管壳体强度水压试验目的主要是考核喷管与燃烧室壳体的连接性能以及收敛段的承压性能，常规喷管壳体液压冷试试验仅对喷管壳体单独进行考核，且考核条件较为严格，通常将喷管壳体进行全封闭考核，且将燃烧室最大设计压强作为考核目标，当设计裕度满足使用要求时，经常出现喷管壳体在冷试试验后出现变形从而过考核的情况。为了避免这种问题的产生，设计过程中往往选用力学性能更加优异的钢材或增加壳体壁厚，以此来增加壳体的强度与刚度，确保喷管壳体在冷试试验过程后不发生变形，同时也导致结构设计偏厚重与经济性差的问题。

由于在发动机实际工作过程中，是由喷管壳体和热防护层共同承受燃烧室内部的高温高压燃气产生的内压载荷，且喷管喉部作为喷气出口不对喷管壳体产生内压载荷，因此单独对喷管壳体强度进行全封闭冷试试验考核是不准确的。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，在全面考核了喷管壳体结构性能的前提下，解決了喷管壳体液压试验后易变形的问题。

本发明解决技术的方案是：

一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：包括液压封头、液压闷头、液压连接杆、收敛环、喷管壳体和卡环；

其中，液压封头为轴向水平放置的壳体结构；喷管壳体与液压封头同轴对接；卡环设置在喷管壳体与液压封头的对接处，实现对喷管壳体和液压封头相对固定限位；喷管壳体轴向中部内壁为台阶结构；液压闷头同轴卡在喷管壳体内腔该台阶处；收敛环贴附在喷管壳体轴向指向液压封头一端的内壁；液压连接杆同轴设置在喷管壳体的轴线处；液压闷头的中心设置有通孔；液压连接杆的轴向一端与液压封头固连，液压连接杆的轴向另一端伸入液压闷头的通孔中。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，液压试验工装还包括第一密封结构、第二密封结构和第三密封结构；其中，第一密封结构设置在喷管壳体外壁与液压封头内壁的对接处，实现对喷管壳体与液压封头之间的密封；第二密封结构设置在液压闷头外壁与喷管壳体内壁的对接处，实现对液压闷头与喷管壳体之间的密封；第三密封结构设置在液压连接杆外壁与液压闷头内壁的对接处，实现液压连接杆与液压闷头之间的密封。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，液压封头上设置有注水口，通过注水口向喷管壳体的内腔中填充水，实现对喷管壳体进行强度液压试验。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，实际喷管为在喷管壳体内壁贴附非金属材料，形成喉道；所述液压闷头中心通孔的孔径与实际喷管的喉径相同。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，喷管壳体进行强度液压试验时，喷管壳体与收敛环共同承受内压载荷。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，由于液压连接杆与液压封头相连，因此液压闷头中心通孔处的轴向压力载荷由液压封头承受，模拟了喷管在实际工作过程中喉部通气不对喷管壳体产生轴向作用力的情况。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，液压试验工装的装配过程为：

第二密封结构置于液压闷头密封槽内，同轴装入喷管壳体的内腔中部；将收敛环安装在喷管壳体上，第一密封结构放置于喷管壳体密封槽内；将液压连接杆螺纹接口端安装在液压封头上的螺纹孔中，第三密封结构放置于液压连接杆另一端密封槽内；将液压封头上的液压连接杆穿过液压闷头中心通孔完成喷管壳体与液压封头、液压闷头的密封；通过液压封头上的卡环槽天窗，装入卡环，完成液压封头与喷管壳体的固定连接；从液压封头上的注水口注水，完成喷管壳体的强度液压试验。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，收敛环安装在喷管壳体内壁，实现对贴附非金属材料后的实际喷管入口端内壁的模拟。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，所述液压封头采用钢材材料，安全系数大于等于2；液压闷头采用钢材材料，安全系数大于等于2。

在上述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，所述液压连接杆采用钢材材料，液压连接杆的轴向一端设置有螺纹，通过螺纹与液压封头连接；所述收敛环为碳纤维模压制品。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明喷管壳体在进行强度液压试验时，考虑收敛段非金属与喷管壳体的共同承载作用；

(2)本发明喷管壳体在进行强度液压试验时，考虑喷管实际承载面的大小(即喷管喉部不受载)；

(3)本发明可模拟静态条件下，喷管实际承压性能，避免过考核，提高设计的精确性。

附图说明

图1为本发明喷管壳体强度液压试验工装示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种固体火箭发动机喷管壳体强度水压试验工装结构，采用喷管壳体和热防护层共同承载且模拟发动机真实工况下喷管喉部不受载的试验方法，更为准确地模拟了喷管壳体在发动机工作过程中的实际承压工况，从而在全面考核了喷管壳体结构性能的前提下，解決了喷管壳体液压试验后易变形的问题。

固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，如图1所示，具体包括液压封头1、液压闷头2、液压连接杆3、收敛环4、喷管壳体5和卡环6。

其中，液压封头1为轴向水平放置的壳体结构；喷管壳体5与液压封头1同轴对接；卡环6设置在喷管壳体5与液压封头1的对接处，实现对喷管壳体5和液压封头1相对固定限位；喷管壳体5轴向中部内壁为台阶结构；液压闷头2同轴卡在喷管壳体5内腔该台阶处；收敛环4贴附在喷管壳体5轴向指向液压封头1一端的内壁；液压连接杆3同轴设置在喷管壳体5的轴线处；液压闷头2的中心设置有通孔；液压连接杆3的轴向一端与液压封头1固连，液压连接杆3的轴向另一端伸入液压闷头2的通孔中。

液压封头1采用钢材材料，安全系数大于等于2；液压闷头2采用钢材材料，安全系数大于等于2。液压连接杆3采用钢材材料，液压连接杆3的轴向一端设置有螺纹，通过螺纹与液压封头1连接；所述收敛环4为碳纤维模压制品。

液压试验工装还包括第一密封结构7、第二密封结构8和第三密封结构9；其中，第一密封结构7设置在喷管壳体5外壁与液压封头1内壁的对接处，实现对喷管壳体5与液压封头1之间的密封；第二密封结构8设置在液压闷头2外壁与喷管壳体5内壁的对接处，实现对液压闷头2与喷管壳体5之间的密封；第三密封结构9设置在液压连接杆3外壁与液压闷头2内壁的对接处，实现液压连接杆3与液压闷头2之间的密封。

液压封头1上设置有注水口10，通过注水口10向喷管壳体5的内腔中填充水，实现对喷管壳体5进行强度液压试验。实际喷管为在喷管壳体5内壁贴附非金属材料，形成喉道；所述液压闷头2中心通孔的孔径与实际喷管的喉径相同。喷管壳体5进行强度液压试验时，喷管壳体5与收敛环4共同承受内压载荷。

由于液压连接杆3与液压封头1相连，因此液压闷头2中心通孔处的轴向压力载荷由液压封头1承受，模拟了喷管在实际工作过程中喉部通气不对喷管壳体5产生轴向作用力的情况。

液压试验工装的装配过程为：

第二密封结构8置于液压闷头2密封槽内，同轴装入喷管壳体5的内腔中部；将收敛环4安装在喷管壳体5上，第一密封结构7放置于喷管壳体5密封槽内；将液压连接杆3螺纹接口端安装在液压封头1上的螺纹孔中，第三密封结构9放置于液压连接杆3另一端密封槽内；将液压封头1上的液压连接杆3穿过液压闷头2中心通孔完成喷管壳体5与液压封头1、液压闷头2的密封；通过液压封头1上的卡环槽天窗，装入卡环6，完成液压封头1与喷管壳体5的固定连接；从液压封头1上的注水口10注水，完成喷管壳体5的强度液压试验。

收敛环4安装在喷管壳体5内壁，实现对贴附非金属材料后的实际喷管入口端内壁的模拟。

本发明的一种固体火箭发动机喷管壳体强度水压试验工装结构。喷管壳体强度液压试验时，喷管壳体与收敛环共同承受内压载核，液压闷头中心孔的孔径大小与喷管实际喉径尺寸相同，由于液压连接杆与液压封头相连，因此该中心孔处的轴向压力载核由液压封头承受，模拟了喷管在实际工作过程中喉部通气不对喷管壳体产生轴向作用力的情况。其安装成型顺序为：

S1、将密封圈置于液压闷头密封槽内，一同装入喷管壳体圆柱段内；

S2、将收敛环安装在喷管壳体上，密封圈放置于喷管壳体密封槽内；

S3、将液压连接杆螺纹接口端安装在液压封头上的螺纹孔中，密封圈放置于液压连接杆另一端密封槽内；

S4、将液压封头上的液压连接杆穿过液压闷头中心孔完成喷管壳体与液压封头、液压闷头的密封；

S5、通过液压封头上的卡环槽天窗，装入环向卡环，完成液压封头与喷管壳体的固定连接；

S6、从液压封头上的注水口注水，完成喷管壳体强度液压试验。

喷管壳体强度液压试验时，喷管壳体与收敛环共同承受内压载核，液压闷头中心孔的孔径大小与喷管实际喉径尺寸相同，由于液压连接杆与液压封头相连，因此该中心孔处的轴向压力载核由液压封头承受，模拟了喷管在实际工作过程中喉部通气不对喷管壳体产生轴向作用力的情况。

本发明所述结构已在某型号产品中应用，产品工艺性与可生产性已得到验证，结构可靠，功能稳定，满足使用要求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：包括液压封头(1)、液压闷头(2)、液压连接杆(3)、收敛环(4)、喷管壳体(5)和卡环(6)；

其中，液压封头(1)为轴向水平放置的壳体结构；喷管壳体(5)与液压封头(1)同轴对接；卡环(6)设置在喷管壳体(5)与液压封头(1)的对接处，实现对喷管壳体(5)和液压封头(1)相对固定限位；喷管壳体(5)轴向中部内壁为台阶结构；液压闷头(2)同轴卡在喷管壳体(5)内腔该台阶处；收敛环(4)贴附在喷管壳体(5)轴向指向液压封头(1)一端的内壁；液压连接杆(3)同轴设置在喷管壳体(5)的轴线处；液压闷头(2)的中心设置有通孔；液压连接杆(3)的轴向一端与液压封头(1)固连，液压连接杆(3)的轴向另一端伸入液压闷头(2)的通孔中。

2.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：液压试验工装还包括第一密封结构(7)、第二密封结构(8)和第三密封结构(9)；其中，第一密封结构(7)设置在喷管壳体(5)外壁与液压封头(1)内壁的对接处，实现对喷管壳体(5)与液压封头(1)之间的密封；第二密封结构(8)设置在液压闷头(2)外壁与喷管壳体(5)内壁的对接处，实现对液压闷头(2)与喷管壳体(5)之间的密封；第三密封结构(9)设置在液压连接杆(3)外壁与液压闷头(2)内壁的对接处，实现液压连接杆(3)与液压闷头(2)之间的密封。

3.根据权利要求2所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：液压封头(1)上设置有注水口(10)，通过注水口(10)向喷管壳体(5)的内腔中填充水，实现对喷管壳体(5)进行强度液压试验。

4.根据权利要求2所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：实际喷管为在喷管壳体(5)内壁贴附非金属材料，形成喉道；所述液压闷头(2)中心通孔的孔径与实际喷管的喉径相同。

5.根据权利要求3所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：喷管壳体(5)进行强度液压试验时，喷管壳体(5)与收敛环(4)共同承受内压载荷。

6.根据权利要求5所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：由于液压连接杆(3)与液压封头(1)相连，因此液压闷头(2)中心通孔处的轴向压力载荷由液压封头(1)承受，模拟了喷管在实际工作过程中喉部通气不对喷管壳体(5)产生轴向作用力的情况。

7.根据权利要求6所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：液压试验工装的装配过程为：

第二密封结构(8)置于液压闷头(2)密封槽内，同轴装入喷管壳体(5)的内腔中部；将收敛环(4)安装在喷管壳体(5)上，第一密封结构(7)放置于喷管壳体(5)密封槽内；将液压连接杆(3)螺纹接口端安装在液压封头(1)上的螺纹孔中，第三密封结构(9)放置于液压连接杆(3)另一端密封槽内；将液压封头(1)上的液压连接杆(3)穿过液压闷头(2)中心通孔完成喷管壳体(5)与液压封头(1)、液压闷头(2)的密封；通过液压封头(1)上的卡环槽天窗，装入卡环(6)，完成液压封头(1)与喷管壳体(5)的固定连接；从液压封头(1)上的注水口(10)注水，完成喷管壳体(5)的强度液压试验。

8.根据权利要求7所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：收敛环(4)安装在喷管壳体(5)内壁，实现对贴附非金属材料后的实际喷管入口端内壁的模拟。

9.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：所述液压封头(1)采用钢材材料，安全系数大于等于2；液压闷头(2)采用钢材材料，安全系数大于等于2。

10.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机喷管壳体强度液压试验工装，其特征在于：所述液压连接杆(3)采用钢材材料，液压连接杆(3)的轴向一端设置有螺纹，通过螺纹与液压封头(1)连接；所述收敛环(4)为碳纤维模压制品。

Images