CN207598371U - 一种高承压预燃室头部壳体结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高承压预燃室头部壳体结构，包括顶盖、二底、燃料集合器、身部和一底，本实用新型预燃室头部壳体采用球形结构，改善身部的局部工作环境，提高了预燃室头部整体承压能力和结构可靠性，有助于燃料集合器的结构布置；身部采用变壁厚设计，在燃料集合器包络范围内身部上均匀设置径向通孔，使一部分燃料通过径向通孔直接进入燃烧室，与高温燃气掺混，以改善燃烧室出口温度场均匀性，同时减少了扰流环、格栅和身部拐弯等结构，有效降低了预燃室重量。

Description

一种高承压预燃室头部壳体结构

技术领域

本实用新型涉及一种高承压预燃室头部壳体结构，可用于液体火箭发动机领域。

背景技术

预燃室作为液体火箭发动机的关键部件，其用途是将进入预燃室的氧化剂和燃料以一定混合比进行燃烧，产生高温燃气驱动涡轮泵。

现有预燃室/燃气发生器燃料流量较小，通常在燃料腔外侧设计与燃料腔高度相当的集合器，随着液体火箭发动机推力的逐渐增大，预燃室的流量以及压力也会逐步提高。这给预燃室的结构设计带来了新的问题：预燃室流量增大会导致燃料进口管道直径的增大，进而使得预燃室燃料集合器不易布置；预燃室压力的提高要求预燃室头部壳体具备足够的承压能力，按照常规的设计方式，预燃室头部壳体的壁厚会显著增加，这会导致预燃室的重量超重。

随着流量增大，预燃室出口温度均匀性也不易保证。目前，为了保证预燃室出口温度均匀性，一般在燃烧室身部采用扰流环或格栅的措施，或身部拐弯的措施，这样一方面结构较复杂，造成整体重量增加，另一方面，扰流环或格栅可能出现烧蚀的故障。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种高承压预燃室头部壳体结构，以提高预燃室头部整体可靠性，同时减轻预燃室重量，改善预燃室出口温度均匀性。

本实用新型的技术解决方案是：

一种高承压预燃室头部壳体结构，包括顶盖、二底、燃料集合器、身部和一底，顶盖、二底、燃料集合器依次连接，外表形成球面结构，身部置于燃料集合器内侧，身部的上端与二底连接，身部的下端外侧与燃料集合器连接，身部、二底、一底、燃料集合器之间形成燃料腔，顶盖与二底之间形成氧化剂腔；

燃料集合器与二底和身部连接处的壳体较其他处增厚1.2-1.5倍，燃料集合器包络范围内身部的壳体厚度为其他处的0.5-0.75倍；

在燃料集合器包络范围内身部上均匀设置径向通孔，用于使一部分燃料通过径向通孔直接进入燃烧室。

在燃料集合器包络范围内身部上均匀设置的径向通孔呈1-3排分布。

径向通孔呈2-3排时，为交错分布。

还包括氧化剂法兰、燃料法兰，氧化剂法兰与顶盖连接，用于向氧化剂腔中供入氧化剂；燃料法兰与燃料集合器连接，用于向燃料腔中供入燃料。

氧化剂法兰与预燃室中轴线呈30°-60°。

燃料法兰与预燃室中轴线呈90°。

顶盖、二底、燃料集合器、身部、氧化剂法兰、燃料法兰材料均为抗拉强度不低于1200MPa的镍基合金。

球面结构承压不小于20MPa。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型预燃室头部壳体采用球形结构，改善身部的局部工作环境，提高了预燃室头部整体承压能力和结构可靠性，有助于燃料集合器的结构布置,同时减轻预燃室重量；

(2)本实用新型预燃室燃料集合器上下两端采用壁面增厚设计，有助于改善连接部位强度，防止局部开裂造成燃料泄漏；

(3)本实用新型身部采用变壁厚设计，在燃料集合器包络范围内身部上均匀设置径向通孔，使一部分燃料通过径向通孔直接进入燃烧室，与高温燃气掺混，以改善燃烧室出口温度场均匀性，同时减少了扰流环、格栅和身部拐弯等结构，有效降低了预燃室重量。

附图说明

图1为本实用新型结构外形图；

图2为本实用新型结构剖视图。

具体实施方式

下面参见附图对本实用新型进行详细描述。

如图1、图2所示，本实用新型所述的高承压预燃室头部壳体结构主要由顶盖1、二底2、燃料集合器3、身部4、氧化剂法兰5、燃料法兰6和一底7组成，外形呈球形，球面结构承压不小于为20MPa。其中，顶盖1焊接于二底2的上方，身部焊接于二底2的下方，燃料集合器3的上端与二底2连接，燃料集合器3的下端与身部4连接，氧化剂法兰5与顶盖1连接，燃料法兰与燃料集合器3连接。

所述的预燃室顶盖1经原材料机加得到，顶端机加一平台面用于与点火器连接，侧面机加一圆环形对接凸台用于连接氧化剂法兰5。

所述的预燃室氢集合器3经原材料整体机加得到，内外壁面呈球形，提高承压能力，上下端局部壁面增厚，提高连接处强度。

所述的预燃室身部4经原材料机加得到，整体呈圆环形，采用变壁厚设计，位于燃料集合器内部分壁厚薄，有利于降低预燃室重量，壁厚变截面处外侧设置有对接凸台用于连接燃料集合器3。

所述的预燃室燃料法兰6经原材料机加得到，与燃料集合器3连接部位的内外壁面呈球形，提高承压能力。

详细的，顶盖1、二底2、燃料集合器3依次连接，身部4置于燃料集合器3内侧，身部4的上端与二底2连接，身部4的下端外侧与燃料集合器3连接，身部4、二底2、一底7、燃料集合器3之间形成燃料腔，顶盖1与二底2之间形成氧化剂腔；

燃料集合器3与二底2和身部4连接处的壳体较其他处增厚1.2-1.5倍，以增大局部的连接强度，防止局部开裂造成燃料泄漏，燃料集合器3包络范围内身部4的壳体厚度为其他处的0.5-0.75倍，燃料集合器3包络范围内身部4处的内外压差较小，故可以做减重处理，以减小预燃室整体重量。

在燃料集合器3包络范围内身部4上均匀设置径向通孔，径向通孔呈1-3排分布，径向通孔呈2-3排时，为交错分布；使一部分燃料通过径向通孔直接进入燃烧室，与高温燃气掺混，以改善燃烧室出口温度场均匀性，同时减少了扰流环、格栅和身部拐弯等结构，有效降低了预燃室重量。

还包括氧化剂法兰5、燃料法兰6，氧化剂法兰5与顶盖1连接，用于向氧化剂腔中供入氧化剂；燃料法兰6与燃料集合器3连接，用于向燃料腔中供入燃料。

氧化剂法兰5与预燃室中轴线呈30°-60°，氧化剂喷注的均匀性较好，进而有助于改善预燃室出口温度场均匀性，燃料法兰6与预燃室中轴线呈90°。

顶盖1、二底2、燃料集合器3、身部4、氧化剂法兰5、燃料法兰6材料抗拉强度不低于1200MPa的镍基合金。

本实用新型充分利用球形结构承压性能好的特点，将预燃室头部壳体结构设计成球形结构，在提高预燃室头部结构可靠性的前提下有效降低了预燃室重量，同时又有助于燃料集合器的结构布置；在身部布置径向孔，有助于燃料与高温燃气的掺混，保证预燃室出口温度的均匀性。

将燃料集合器上下两端进行局部增厚设计，有效提高了连接部位的强度；将身部进行变壁厚设计，有效降低了预燃室重量。

本实用新型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 (8)

1.一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，包括顶盖(1)、二底(2)、燃料集合器(3)、身部(4)和一底(7)，顶盖(1)、二底(2)、燃料集合器(3)依次连接，外表形成球面结构，身部(4)置于燃料集合器(3)内侧，身部(4)的上端与二底(2)连接，身部(4)的下端外侧与燃料集合器(3)连接，身部(4)、二底(2)、一底(7)、燃料集合器(3)之间形成燃料腔，顶盖(1)与二底(2)之间形成氧化剂腔；

燃料集合器(3)与二底(2)和身部(4)连接处的壳体较其他处增厚1.2-1.5倍，燃料集合器(3)包络范围内身部(4)的壳体厚度为其他处的0.5-0.75倍；

在燃料集合器(3)包络范围内身部(4)上均匀设置径向通孔，用于使一部分燃料通过径向通孔直接进入燃烧室。

2.如权利要求1所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，在燃料集合器(3)包络范围内身部(4)上均匀设置的径向通孔呈1-3排分布。

3.如权利要求2所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，径向通孔呈2-3排时，为交错分布。

4.如权利要求1所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，还包括氧化剂法兰(5)、燃料法兰(6)，氧化剂法兰(5)与顶盖(1)连接，用于向氧化剂腔中供入氧化剂；燃料法兰(6)与燃料集合器(3)连接，用于向燃料腔中供入燃料。

5.如权利要求4所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，氧化剂法兰(5)与预燃室中轴线呈30°-60°。

6.如权利要求4所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，燃料法兰(6)与预燃室中轴线呈90°。

7.如权利要求1所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，顶盖(1)、二底(2)、燃料集合器(3)、身部(4)、氧化剂法兰(5)、燃料法兰(6)材料均为抗拉强度不低于1200MPa的镍基合金。

8.如权利要求1所述的一种高承压预燃室头部壳体结构，其特征在于，球面结构承压不小于20MPa。