CN218151177U - 一种具有热防护结构的一体化推力室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及液体火箭发动机技术领域，特别涉及一种具有热防护结构的一体化推力室，解决了现有推力室长时间工作时材料会发生变形甚至烧融，推力室冷却结构工艺复杂、造价昂贵及生产周期长的问题。该推力室的特殊之处在于：包括套装的内壁和外壁，连接在内壁和外壁头部一端的头部法兰以及连接在内壁和外壁尾部一端的尾部法兰；尾部法兰上设有冷却剂入口及冷却剂入口集液腔；内壁的外表面上沿内壁的周向间隔设置有多根凸肋，内壁通过凸肋与外壁连接，相邻两个凸肋之间的间隙处形成沿内壁轴向的多条冷却剂流通通道；头部法兰上设有冷却剂出口及冷却剂出口集液腔；头部法兰、内壁、凸肋、外壁以及尾部法兰为采用高温合金材料制成的一体成型件。
Description
技术领域
本实用新型涉及液体火箭发动机技术领域，特别涉及一种具有热防护结构的一体化推力室。
背景技术
组合动力飞行器技术是航空航天未来发展的技术高地，已成为各国高度关注的战略性、前沿性技术。在组合动力飞行器中，火箭基组合循环发动机的应用较为广泛，而液体火箭发动机是火箭基组合循环发动机推进动力系统的关键组成部分之一，推力室又是液体火箭发动机的核心部件；推进剂在推力室内充分燃烧，从而完成能量转化，产生火箭所需推力。
推进剂在推力室中反应时可产生3000K-4000K的高温燃气，在长时间工作过程中，常见材料会发生变形甚至烧融；常见的铣槽再生冷却结构工艺复杂且造价昂贵，生产周期长。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有热防护结构的一体化推力室，以解决现有推力室长时间工作时材料会发生变形甚至烧融，推力室冷却结构工艺复杂、造价昂贵及生产周期长的技术问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种具有热防护结构的一体化推力室，其特殊之处在于：
包括由内向外依次套装的内壁和外壁，连接在内壁和外壁头部一端的头部法兰，以及连接在内壁和外壁尾部一端的尾部法兰；
所述尾部法兰上设置有冷却剂入口以及冷却剂入口集液腔；
所述内壁的外表面上沿内壁的周向间隔设置有多根凸肋，内壁通过所述凸肋与外壁的内表面连接，相邻两个所述凸肋之间的间隙处形成沿内壁轴向的多条冷却剂流通通道；
所述头部法兰上设置有冷却剂出口以及冷却剂出口集液腔；
所述冷却剂入口、冷却剂入口集液腔、冷却剂流通通道、冷却剂出口集液腔以及冷却剂出口相连通；
所述头部法兰、内壁、凸肋、外壁以及尾部法兰为采用高温合金材料制成的一体成型件。
进一步地，所述冷却剂入口集液腔与冷却剂出口集液腔的形状均为空心柱状且该空心柱状的外侧母线为弧形。外侧母线采用弧形结构，不仅可以使冷却剂流动压降减小，优化集液腔流场，使得冷却剂均匀且快速的分布至每一个冷却剂流通通道，而且其符合增材制造工艺，加工方便。
进一步地，为了加工方便，所述头部法兰、内壁、凸肋、外壁以及尾部法兰为采用3D打印技术增材制造的一体成型件。
进一步地，所述头部法兰包括空心圆柱体形状的本体以及本体上沿圆周方向均匀设置的沿径向外凸的多个提耳；
所述提耳上设置有安装孔。
这样设置，头部法兰可通过螺栓与喷注器连接。头部法兰采用提耳结构，一方面可以达到减轻推力室整体质量的效果，同时也可以避让出部分空间便于布置连接管路。
进一步地，所述尾部法兰的端面外轮廓线为圆形。这样设置，便于后续推力气密性检测，可在其后部加装盖板等结构即可进行气密性检测。
进一步地，所述内壁的壁厚为1mm～1.5mm；
所述外壁的壁厚为2mm～3mm；
所述凸肋沿内壁的径向方向的高度为2mm～2.2mm。
这样设置，既可以满足实际使用中的耐高温要求，同时也节省材料。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型头部法兰、内壁、凸肋、外壁以及尾部法兰为采用高温合金材料制成的一体成型件；首先，采用高温合金材料相比于现有常用采用不锈钢材料，可有效提升推力室耐热温度、高温强度，具有更好的抗热腐蚀性能及疲劳性能，再结合本实用新型采用逆流再生冷却方式，即冷却剂的流向与推力方向相反，冷却剂可以与推力室中的高温燃气快速换热，有效降低推力室内壁的表面温度，使推力室可长时间承受的燃气温度从1200K提升至3500K；其次，本实用新型中的头部法兰、内壁、凸肋、外壁以及尾部法兰为一体成型件，整个推力室为一体，无凸肋与外壁钎焊工艺，也无诸多其余焊接工序，整体结构紧凑可靠，可采用增材制造一体成型，加工工艺简单，造价经济实惠，可实现快速大批量生产；因此，本实用新型解决了现有推力室长时间工作时材料会发生变形甚至烧融，推力室冷却结构工艺复杂、造价昂贵及生产周期长的技术问题。采用本实用新型的推力室结构，推力室可在3500K的高温下长时间工作，且工艺结构简单，生产周期短，可以大批量生产。
(2)本实用新型中冷却剂入口集液腔与冷却剂出口集液腔的形状均为空心柱状且该空心柱状的外侧母线为弧形；外侧母线采用弧形结构，不仅可以使冷却剂流动压降减小，优化集液腔流场，使得冷却剂均匀且快速的分布至每一个冷却剂流通通道，而且其符合增材制造工艺，加工方便。
(3)本实用新型中头部法兰、内壁、凸肋、外壁以及尾部法兰为采用3D打印技术增材制造的一体成型件，加工简单，无凸肋与外壁钎焊工艺，也无诸多其余焊接工序，整体结构紧凑可靠，造价经济实惠，可实现快速大批量生产。
附图说明
图1是本实用新型实施例的立体结构示意图；
图2是本实用新型实施例的内部结构示意图；
图3是沿图2中A-A线的剖视图。
图中各标号的说明如下：
1-头部法兰，2-冷却剂出口，3-外壁，4-冷却剂入口，5-尾部法兰，6-冷却剂出口集液腔，7-冷却剂流通通道，8-内壁，9-冷却剂入口集液腔，10-安装孔，11-凸肋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1和图2所示，本实用新型一种具有热防护结构的一体化推力室，包括由内向外依次套装的内壁8和外壁3，连接在内壁8和外壁3头部一端的头部法兰1，以及连接在内壁8和外壁3尾部一端的尾部法兰5；上述尾部法兰5上设置有冷却剂入口4以及冷却剂入口集液腔9；上述内壁8的外表面上沿内壁8的周向间隔设置有多根凸肋11，内壁8通过上述凸肋11与外壁3的内表面连接，相邻两个凸肋11之间的间隙处形成沿内壁8轴向的多条冷却剂流通通道7；上述头部法兰1上设置有冷却剂出口2以及冷却剂出口集液腔6；上述冷却剂入口4、冷却剂入口集液腔9、冷却剂流通通道7、冷却剂出口集液腔6以及冷却剂出口2相连通；上述头部法兰1、内壁8、凸肋11、外壁3以及尾部法兰5为采用高温合金材料制成的一体成型件。
在本实施例中，上述头部法兰1、内壁8、凸肋11、外壁3以及尾部法兰5为采用3D打印技术增材制造的一体成型件。
参见图2，在本实施例中，上述冷却剂入口集液腔9与冷却剂出口集液腔6的形状均为空心柱状且该空心柱状的外侧母线为弧形。该外侧母线采用弧形结构，不仅可以使冷却剂流动压降减小，优化集液腔流场，使得冷却剂均匀且快速的分布至每一个冷却剂流通通道，而且其符合增材制造工艺，加工方便。
本实施例中，上述内壁8的内部直径为50mm～60mm，内壁8的壁厚为1mm～1.5mm，上述外壁3的壁厚为2mm～3mm，上述凸肋11沿内壁8的径向方向的高度为2mm～2.2mm，凸肋11沿内壁8周向的宽度为1.8mm～2.3mm，凸肋11共有40条，形成39条冷却剂流通通道7，通过冷却剂出口集液腔6和冷却剂入口集液腔9将多条冷却剂流通通道7连通。
参见图1，本实施例中，上述头部法兰1包括空心圆柱体形状的本体以及本体上沿圆周方向均匀设置的沿径向外凸的多个提耳；上述提耳上设置有安装孔10。这样设置，头部法兰1可通过螺栓与喷注器连接。头部法兰1采用提耳结构，一方面可以达到减轻推力室整体质量的效果，同时也可以避让出部分空间便于布置连接管路。
参见图2，本实施例中，上述尾部法兰5的端面外轮廓线为圆形。这样设置，便于后续推力气密性检测，可在其后部加装盖板等结构即可进行气密性检测。
工作时，参见图2，冷却剂通过冷却剂入口4先进入冷却剂入口集液腔9，然后再均匀汇入多条冷却剂流通通道7中与推力室内部高温燃气经过换热后，汇入冷却剂出口集液腔6，最后通过冷却剂出口2流出。冷却剂可采用航空煤油RP-3等。可根据需要选择所需规格尺寸管接头在冷却剂入口4和冷却剂出口2处与推力室焊接连接，以方便冷却剂管路连接。
本实用新型的具有热防护结构的一体化推力室，可在3500K的高温下长时间工作，且工艺结构简单，生产周期短，可以大批量生产。
Claims (6)
1.一种具有热防护结构的一体化推力室，其特征在于：
包括由内向外依次套装的内壁(8)和外壁(3)，连接在内壁(8)和外壁(3)头部一端的头部法兰(1)，以及连接在内壁(8)和外壁(3)尾部一端的尾部法兰(5)；
所述尾部法兰(5)上设置有冷却剂入口(4)以及冷却剂入口集液腔(9)；
所述内壁(8)的外表面上沿内壁(8)的周向间隔设置有多根凸肋(11)，内壁(8)通过所述凸肋(11)与外壁(3)的内表面连接，相邻两个所述凸肋(11)之间的间隙处形成沿内壁(8)轴向的多条冷却剂流通通道(7)；
所述头部法兰(1)上设置有冷却剂出口(2)以及冷却剂出口集液腔(6)；
所述冷却剂入口(4)、冷却剂入口集液腔(9)、冷却剂流通通道(7)、冷却剂出口集液腔(6)以及冷却剂出口(2)相连通；
所述头部法兰(1)、内壁(8)、凸肋(11)、外壁(3)以及尾部法兰(5)为采用高温合金材料制成的一体成型件。
2.根据权利要求1所述的具有热防护结构的一体化推力室，其特征在于：所述冷却剂入口集液腔(9)与冷却剂出口集液腔(6)的形状均为空心柱状且该空心柱状的外侧母线为弧形。
3.根据权利要求1或2所述的具有热防护结构的一体化推力室，其特征在于：所述头部法兰(1)、内壁(8)、凸肋(11)、外壁(3)以及尾部法兰(5)为采用3D打印技术增材制造的一体成型件。
4.根据权利要求1所述的具有热防护结构的一体化推力室，其特征在于：
所述头部法兰(1)包括空心圆柱体形状的本体以及本体上沿圆周方向均匀设置的沿径向外凸的多个提耳；
所述提耳上设置有安装孔(10)。
5.根据权利要求1所述的具有热防护结构的一体化推力室，其特征在于：所述尾部法兰(5)的端面外轮廓线为圆形。
6.根据权利要求1所述的具有热防护结构的一体化推力室，其特征在于：
所述内壁(8)的壁厚为1mm～1.5mm；
所述外壁(3)的壁厚为2mm～3mm；
所述凸肋(11)沿内壁(8)的径向方向的高度为2mm～2.2mm。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202222725976.8U CN218151177U (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种具有热防护结构的一体化推力室 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202222725976.8U CN218151177U (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种具有热防护结构的一体化推力室 |
Publications (1)
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| CN218151177U true CN218151177U (zh) | 2022-12-27 |
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ID=84570128
Family Applications (1)
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| CN202222725976.8U Active CN218151177U (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种具有热防护结构的一体化推力室 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN218151177U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116123565A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-16 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种燃烧型空气加热器水冷点火段 |
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2022
- 2022-10-17 CN CN202222725976.8U patent/CN218151177U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN116123565A (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-16 | 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 | 一种燃烧型空气加热器水冷点火段 |
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