ES2926638T3 - Estructura de cámara de combustión, particularmente para un motor cohético - Google Patents

Abstract

La divulgación se refiere a una estructura de cámara de combustión (10), particularmente para un motor de cohete, que comprende un revestimiento (12) que rodea una cámara de combustión (14) con una superficie exterior (32) que mira hacia el lado contrario de la cámara de combustión (14) sobre la cual se forman canales de refrigerante (38) que se extienden en una dirección longitudinal del revestimiento (12). El revestimiento (12) forma, en un extremo longitudinal, una cámara de refrigerante (16, 17) que se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento (12) para recoger y/o distribuir un refrigerante. la estructura de la camara de combustion (10) comprende ademas una estructura de conexion (40, 41) que conecta fluidamente la camara de refrigerante (16, 17) a los canales de refrigerante (38). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura de cámara de combustión, particularmente para un motor cohético

La divulgación se refiere a una estructura de cámara de combustión, particularmente para un motor cohético, y comprende un revestimiento que rodea una cámara de combustión y tiene una superficie exterior que está orientada opuesta a la cámara de combustión, extendiéndose unos canales de refrigerante en la dirección longitudinal del revestimiento formados en la superficie exterior, y una cámara de refrigerante para recoger y/o distribuir un refrigerante. En principio, la estructura de cámara de combustión se puede emplear no solo en el área especial de los motores cohéticos, sino también para otras áreas, tal como la construcción de aeronaves.

En una estructura de cámara de combustión de un motor cohético, el proceso de combustión que se produce de manera continua da como resultado temperaturas muy altas, habitualmente de más de 3.000 °C, y presiones muy altas, habitualmente de más de 15.000 kPa (150 bar). Por lo tanto, una estructura de cámara de combustión debe estar diseñada para aguantar estas altas temperaturas y presiones.

Usualmente, las estructuras de cámara de combustión tienen una camisa interior altamente termoconductora ("revestimiento") para este fin que tiene una pluralidad de canales de refrigerante en su lado exterior, y una camisa exterior ("camisa") que sella los canales de refrigerante y soporta la mayor parte de las fuerzas mecánicas que actúan sobre la estructura de cámara de combustión durante su funcionamiento. El refrigerante puede ser un combustible criogénico que, después de emerger desde los canales de refrigerante, es alimentado a la cámara de combustión para su combustión. La camisa habitualmente está hecha de níquel y se aplica galvánicamente. Unos colectores, que distribuyen el refrigerante a los canales de refrigerante y lo recogen de nuevo de los canales de refrigerante, están soldados a la camisa. Para permitir la soldadura de los colectores, la camisa tiene unas estructuras de conexión que están diseñadas adecuadamente para los colectores.

Puesto que es la camisa la que soporta principalmente las cargas mecánicas en la estructura de cámara de combustión descrita y, lo que es más, la camisa debe proporcionar la geometría de interfaz para los colectores, la camisa debe estar formada por una capa de grosor continuo que tiene grosores localmente aún mayores. Esto da como resultado largos tiempos de baño durante el galvanizado y, por ende, altos costes de fabricación.

A esto se suma el hecho de que, para que los colectores se suelden a la camisa, la camisa debe estar hecha de un material que pueda soldarse y aplicarse galvánicamente. Tales materiales a menudo tienen una resistencia muy baja, que debe compensarse aumentando el grosor de la camisa.

A partir del documento DE 10237381 A1, se conoce una estructura de cámara de combustión en la que al menos un colector (distribuidor) para el suministro y la descarga de un refrigerante está estañado al revestimiento de cámara de combustión y la región del revestimiento de cámara de combustión que no está cubierta por el colector o colectores está recubierta con una camisa de soporte aplicada galvánicamente.

El documento US 2009/0235636 A1 divulga una estructura de cámara de combustión para un motor cohético que comprende una cámara de combustión con un revestimiento y una camisa y un anillo oxidante dispuesto en un extremo longitudinal de la cámara de combustión para distribuir un oxidante/refrigerante. El anillo oxidante está afianzado a una pestaña de la cámara de combustión. La pestaña está formada por una porción de flexión del revestimiento y una porción de flexión de la camisa. El anillo oxidante se abre en canales de refrigerante formados entre el revestimiento y la camisa.

El documento FR 2962493 A1 divulga otra cámara de combustión con un revestimiento y una camisa. Los canales de refrigerante que se extienden en una dirección longitudinal de la cámara de combustión se proporcionan en un lado interior de la camisa y están cerrados por el revestimiento. En un extremo longitudinal de la cámara de combustión, se proporciona un toro hueco que se extiende en una dirección circunferencial de la cámara de combustión y que está conectado de manera fluida con los canales de refrigerante.

A partir del documento US 2705399 A, se conoce otra estructura de cámara de combustión con una pared interior dentro de la cual están formados unos canales de refrigerante que se extienden en una dirección longitudinal de la cámara de combustión. Una ranura anular está formada en un lado exterior de la pared interior que está conectada de manera fluida a los canales de refrigerante.

El documento US 5.473.817 A se refiere a una tobera/cámara de combustión cohética. Se fabrica un revestimiento de refrigeración proporcionando una pieza en bruto de revestimiento y una matriz exterior que tiene una superficie interior festoneada con una pluralidad de nervaduras y utilizando conformación por explosión. Después, se fija una camisa estructural exterior al revestimiento de refrigeración, que tiene una pluralidad de canales que se extienden longitudinalmente formados por los valles y nervaduras de la matriz. En cada extremo longitudinal de los canales y la camisa estructural, se fija un colector de flujo de fluido mediante cobresoldeo para hacer circular un refrigerante a través de los canales.

Debe proporcionarse una estructura de cámara de combustión que satisfaga los requisitos de resistencia a la temperatura y resiliencia mecánica al mismo tiempo que sea económica de fabricar.

Se divulga una estructura de cámara de combustión con los atributos de la reivindicación 1.

La estructura de cámara de combustión divulgada comprende un revestimiento que rodea una cámara de combustión y tiene una superficie exterior que está orientada opuesta a la cámara de combustión, extendiéndose unos canales de refrigerante en la dirección longitudinal del revestimiento formados en la superficie exterior, y formando el revestimiento, en un extremo longitudinal, una cámara de refrigerante para recoger y/o distribuir un refrigerante que se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento. La estructura de cámara de combustión comprende, además, una estructura de conexión que conecta de manera fluida la cámara de refrigerante con los canales de refrigerante.

El revestimiento está hecho de un material termoconductor. Así mismo, el material del revestimiento también debería ser compatible con los combustibles utilizados y tener suficiente resistencia. El revestimiento puede estar hecho de un acero o de una aleación de cobre, por ejemplo. La parte en bruto del revestimiento puede ser un cuerpo forjado cuyo contorno exterior está torneado. Los canales de refrigerante formados en la superficie exterior del revestimiento pueden crearse mediante procesamiento mecánico, por ejemplo, fresando el material de revestimiento. El calor de reacción emitido al revestimiento durante el proceso de combustión puede ser absorbido por el refrigerante conducido en los canales de refrigerante y sacado de la estructura de cámara de combustión. El refrigerante utilizado puede ser un combustible criogénico que se calienta de esta manera y puede ser alimentado, posteriormente, a la cámara de combustión. La cámara de refrigerante tiene el fin de dividir el refrigerante entre los canales de refrigerante individuales y/o recoger el refrigerante calentado de los canales de refrigerante y redirigirlo. La conexión de fluido entre los canales de refrigerante y la cámara de refrigerante se proporciona de manera sencilla mediante la estructura de conexión. La cámara de refrigerante, que puede actuar como colector, está formada por el propio revestimiento, que también rodea la cámara de combustión.

Por lo tanto, no es necesario proporcionar una o más geometrías de interfaz en una de las camisas para conectar el colector o colectores, ni es necesario conectar uno o más colectores separados a una camisa de la estructura de cámara de combustión. Esto da como resultado unos costes más bajos.

Así mismo, esto da como resultado una mayor estabilidad por parte del revestimiento en comparación con un revestimiento en el que se monta una cámara de refrigerante, ya que las transiciones en los cordones de soldadura, por ejemplo, generalmente tienen menos resistencia que el propio material base o los propios materiales base. En contraposición, en la realización divulgada, en la que la cámara de refrigerante está formada en un extremo longitudinal del revestimiento por el propio revestimiento, lo que significa que el revestimiento se ensancha en su extremo longitudinal, las fuerzas que actúan sobre el revestimiento son redirigidas directamente a través del revestimiento sin que las fuerzas fluyan sobre una transición, tal como un cordón de soldadura.

En un desarrollo, la estructura de conexión está formada por unas aberturas que se extienden en el revestimiento en la dirección longitudinal del revestimiento, hacia las que conduce un canal de refrigerante respectivo en un extremo y que conducen, en su otro extremo, a la cámara de refrigerante.

Las aberturas se pueden realizar mediante taladrado, fresado o erosión, por ejemplo. A diferencia de los canales de refrigerante, las aberturas están definidas en la totalidad de su periferia por el material de revestimiento, lo que significa que están circunferencialmente cerradas y pueden conducir el refrigerante. Estas están incorporadas de tal manera que conectan de manera fluida los canales de refrigerante con la cámara de refrigerante. Las aberturas pueden extender los canales de refrigerante en la dirección longitudinal del revestimiento hacia la cámara de refrigerante. Las aberturas descritas representan una posibilidad sencilla para una estructura de conexión. En virtud de su diseño y disposición especiales, la cámara de refrigerante puede estar dispuesta en la proximidad inmediata de los canales de refrigerante.

En otro desarrollo, la estructura de cámara de combustión comprende, además, una camisa que rodea el revestimiento al menos parcialmente, de tal manera que los canales de refrigerante están cubiertos y aislados de manera fluida entre sí. Por ejemplo, la camisa puede estar formada por láminas de metal soldadas, mediante la aplicación de un material cobertor por medio de rociado de gas frío o mediante la aplicación galvánica de una capa hecha de níquel, por ejemplo.

La camisa sirve, por tanto, para guiar el refrigerante hacia los canales de refrigerante y absorber las cargas de compresión procedentes de la presión de refrigerante. Al menos una porción de la cámara de refrigerante formada por el revestimiento puede ser una región que no esté cubierta por la camisa. La camisa puede, por tanto, rodear el revestimiento de tal manera que el revestimiento no quede completamente cubierto. Como resultado, se puede reducir el peso de la estructura de cámara de combustión. Asimismo, se puede ahorrar material de camisa y, si se aplica la camisa, tiempo de procesamiento, lo que da como resultado una reducción de costes. Puesto que, como se ha descrito anteriormente, el revestimiento tiene una gran estabilidad en comparación con un revestimiento en el que se montan el colector o colectores desde el exterior, la camisa puede tener un diseño más delgado en el otro desarrollo que en conexión con un revestimiento con colectores montados desde el exterior. Puesto que la camisa tampoco necesita tener geometrías de superficie límite para uno o más colectores, la camisa puede configurarse más delgada en todas partes.

En una realización, la cámara de refrigerante puede estar delimitada por una primera pared que está conectada de manera hermética a los fluidos con el revestimiento. Por ejemplo, se puede conectar al revestimiento por medio de una conexión soldada o una conexión de tornillo. Para sellar de manera fluida la cámara de refrigerante, la cámara de refrigerante tiene, por lo tanto, una primera pared que no está formada por el revestimiento. La primera pared puede estar hecha del mismo material que el revestimiento, por ejemplo, de acero. Por tanto, el proceso de soldadura se puede simplificar en comparación con una conexión soldada de acero-níquel o cobre-níquel. Además, el cordón de soldadura también se puede proporcionar por medio de soldadura con gas inerte de tungsteno (soldadura GIT), que es más rentable que la soldadura por haz de electrones. La primera pared también puede ser parte de un componente adyacente, tal como la pestaña de una tobera radiativa. La conexión hermética a los fluidos se puede lograr entonces en combinación con sellos, por ejemplo.

En esta realización, la cámara de refrigerante puede estar delimitada por varias paredes, estando cada una de las varias paredes que no son la primera pared formadas por el revestimiento. Todas las paredes que delimitan la cámara de refrigerante están, por tanto, formadas por el revestimiento; únicamente la primera pared se une posteriormente al revestimiento. Si se utiliza soldadura, por tanto, únicamente se producen dos cordones de soldadura para crear la cámara de refrigerante, lo que significa que únicamente existen dos cordones de soldadura que deben calificarse. Esto permite reducir los costes de producción y desarrollo en comparación con otras estructuras de cámara de combustión, en las que la cantidad de cordones de soldadura es mayor.

En una realización especialmente sencilla, una de las varias paredes que no son la primera pared está formada por una porción de una pared interior del revestimiento y la cámara de refrigerante se extiende radialmente hacia el exterior, esto es, opuesta al interior del revestimiento.

En otra realización, la cámara de refrigerante puede estar formada por una ranura que discurre por el revestimiento en la dirección circunferencial de este. La cámara de refrigerante formada por la ranura puede tener un volumen menor que la cámara de refrigerante descrita anteriormente que está definida por la primera pared. También, en esta realización, las fuerzas que actúan sobre el revestimiento pueden redirigirse directamente a través del revestimiento.

El diseño de acuerdo con otra realización es especialmente ventajoso en combinación con un cabezal de inyección para introducir un combustible en la cámara de combustión, estando entonces la cámara de refrigerante en comunicación fluida con el cabezal de inyección. El refrigerante es transportado, por tanto, a través de la cámara de refrigerante para su combustión en la cámara de combustión. La cámara de refrigerante puede entonces diseñarse con un volumen relativamente pequeño, puesto que la totalidad del flujo de masa del refrigerante no tiene que estar concentrado en una tubería.

De acuerdo con la invención, el revestimiento está incorporado como una parte de una única pieza. Así mismo, la cámara de refrigerante puede formarse mediante la extracción del material del revestimiento. En ese caso, una región anteriormente maciza del revestimiento puede trabajarse de manera específica de tal manera que se crea una cámara de refrigerante que se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento en un extremo longitudinal del revestimiento. En la medida en que el revestimiento aún esté abierto por un lado, este puede sellarse posteriormente mediante la unión de una pared que es distinta del revestimiento, de modo que la primera pared únicamente necesita estar conectada al revestimiento para proporcionar la estructura de cámara de combustión.

En otro desarrollo, el revestimiento está incorporado de tal manera que soporta la mayor parte de las fuerzas que actúan sobre la estructura de cámara de combustión. Esto se logra, por un lado, haciendo que la cámara de refrigerante esté formada por el propio revestimiento, como se ha descrito anteriormente, de modo que las fuerzas que actúan sobre el revestimiento puedan redirigirse directamente en lugar de a través de una transición, tal como un cordón de soldadura. Además, la estabilidad necesaria del revestimiento puede lograrse mediante otras medidas, tal como mediante el material utilizado para el revestimiento. Sin ir más lejos, el revestimiento puede estar hecho de un acero. Entonces, la camisa únicamente necesita soportar las cargas de compresión procedentes de la presión de refrigerante y, por lo tanto, puede tener un diseño relativamente delgado. Esto da como resultado una reducción de costes debido al material ahorrado. En el caso de una camisa aplicada galvánicamente, también se puede fabricar con tiempos de baño relativamente cortos, lo que, además, reduce los costes. El acero tiene la ventaja adicional de ser un material económico.

El revestimiento también puede tener una primera porción que define la cámara de combustión y una segunda porción adyacente a la primera porción que forma al menos una porción de una tobera de expansión, en donde la cámara de refrigerante puede formarse en la segunda porción. El revestimiento rodea entonces dos regiones que tienen funciones diferentes, ambas de las cuales son enfriadas por el refrigerante que fluye en los canales de refrigerante. La primera región con la cámara de combustión tiene, habitualmente, una región cilíndrica que tiene un diámetro constante y una porción de transición a la segunda región, en la que el diámetro del cilindro disminuye gradualmente (la denominada garganta de tobera). La segunda región con la tobera de expansión es, usualmente, troncocónica aproximadamente y tiene un diámetro que aumenta a partir de la primera región. La región con el diámetro más pequeño es la garganta de tobera. La tobera de expansión con la garganta de tobera tiene la doble función de aumentar la presión interna durante el proceso de combustión y acelerar los productos de combustión liberados de la cámara de combustión.

Así mismo, la cámara de refrigerante puede tener una estructura de unión en un borde periférico exterior. Esto se puede utilizar para sujetar la estructura de cámara de combustión a una tobera de expansión de un motor cohético, por ejemplo. La estructura del revestimiento que proporciona la cámara de refrigerante también tiene, por tanto, la función de proporcionar un medio de unión. Del mismo modo que la cámara de refrigerante, esta estructura de unión puede formarse integralmente con el revestimiento y puede formarse, particularmente, mediante la extracción del material del revestimiento. Por lo tanto, no se requiere una estructura de unión separada adicional.

En una realización, la estructura de cámara de combustión tiene una primera cámara de refrigerante que está formada en un extremo longitudinal del revestimiento y una segunda cámara de refrigerante que está formada en el extremo longitudinal opuesto del revestimiento. La primera y la segunda cámaras de refrigeración pueden tener diseños diferentes de acuerdo con las dos realizaciones descritas anteriormente.

Las ventajas, los detalles y los atributos adicionales de la solución descrita en el presente documento resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción de una realización a modo de ejemplo y a partir de las figuras.

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una realización a modo de ejemplo de una estructura de cámara de combustión con revestimiento y camisa;

la figura 2 muestra una vista parcial de la estructura de cámara de combustión que se muestra en la figura 1 sin camisa;

la figura 3 muestra una vista en sección de la región de la estructura de cámara de combustión designada en la figura 1 con III; y

la figura 4 muestra una vista en sección de la región de la estructura de cámara de combustión designada en la figura 1 con IV, mostrándose el estado en el que la estructura de cámara de combustión está unida a un componente adyacente.

La estructura de cámara de combustión 10 que se muestra en la figura 1 tiene un revestimiento 12 que rodea una cámara de combustión 14. En su extremo longitudinal inferior con respecto a la figura 1, el revestimiento 12 forma una cámara de refrigerante 16. La cámara de refrigerante 16 se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento 12 y hacia el exterior en la dirección radial del revestimiento 12. En particular, el revestimiento 12 tiene una pared interior 18 que delimita un espacio interior 20 de la estructura de cámara de combustión 10 y forma, en su extremo inferior con respecto a la figura 1, una pared lateral dispuesta hacia el interior 22 de la cámara de refrigerante 16. Así mismo, la cámara de refrigerante 16 está definida, hacia el exterior en la dirección radial, por otra pared lateral exterior 24 opuesta a la pared lateral dispuesta hacia el interior 22 y, hacia arriba con respecto a la figura 1, por una pared superior 26. Las dos paredes laterales 22, 24 y la pared superior 26 están formadas por el revestimiento 12. De acuerdo con la invención, el revestimiento 12 está incorporado como una parte de una única pieza.

Hacia la parte inferior con respecto a la figura 1, la cámara de refrigerante 16 está delimitada por una pared inferior 28 o primera pared 28, que también se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento 12. La pared inferior 28 está conectada al revestimiento 12. En particular, la pared inferior 28 está conectada a las dos paredes laterales 22, 24 de la cámara de refrigerante 16, proporcionando, por tanto, una cámara de refrigerante 16 hermética a los fluidos. En la realización a modo de ejemplo representada aquí, la pared inferior 28 está conectada al revestimiento 12 por medio de soldadura.

La pared superior 26 y la pared inferior 28 de la cámara de refrigerante 16 sobresalen hacia el exterior en la dirección radial. En la realización a modo de ejemplo representada aquí, la pared superior 26 y la pared inferior 28 no discurren exactamente paralelas entre sí; más bien, la pared superior 26 tiene una ligera inclinación con respecto a la pared inferior 28. En otra realización, sin embargo, estas también pueden discurrir sustancialmente paralelas entre sí.

En su superficie exterior que está orientada opuesta a la cámara de refrigerante 16, la pared lateral exterior 24 tiene una estructura de unión 30 por medio de la cual la estructura de cámara de combustión 10 se puede unir a un componente adyacente.

Así mismo, el revestimiento 12 forma una cámara de refrigerante adicional 17, en un extremo longitudinal superior con respecto a la figura 1, que se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento 12. En particular, la pared interior 18 del revestimiento 12 es más gruesa, en su extremo superior con respecto a la figura 1, que en las regiones restantes del revestimiento 12. La pared interior más gruesa 18 en el un extremo longitudinal también forma aquí una pestaña de unión 36 en la que la estructura de cámara de combustión 10 puede unirse a un componente adyacente. Los orificios de unión 37 se proporcionan en la pestaña de unión 36 para este fin. En conjunto, la pestaña de unión 36 y los orificios de unión 37 forman una estructura de unión.

Una ranura anular está formada en el revestimiento 12 en el extremo longitudinal más grueso que es inmediatamente adyacente al espacio interior 20 del revestimiento 12. La ranura anular 21 forma la cámara de refrigerante adicional 17. La cámara de refrigerante adicional 17 está delimitada lateralmente únicamente en una dirección por una pared 23 formada por el revestimiento 12. En particular, la cámara de refrigerante adicional 17 no está delimitada por una pared lateralmente hacia el interior en la dirección radial, esto es, hacia el espacio interior 20, y está delimitada por la pared 23 lateralmente hacia el exterior en la dirección radial.

Una camisa 34 está dispuesta en una superficie exterior 32 del revestimiento 12 que está orientada opuesta al espacio interior 20. La camisa 34 está dispuesta para ser coaxial con el revestimiento 12. La camisa 34 cubre la mayor parte de la superficie exterior 32 del revestimiento 12. En la realización a modo de ejemplo representada aquí, la camisa 34 no cubre la superficie exterior 32 del revestimiento 12, en el extremo longitudinal superior del revestimiento con respecto a la figura 1, en el que está formada la pestaña de unión 36. Así mismo, la camisa 34 no cubre las superficies exteriores 32 del revestimiento 12 que delimitan la cámara de refrigerante 16.

En la figura 2, la región inferior de la estructura de cámara de combustión 10 con respecto a la figura 1 está ampliada y la estructura de cámara de combustión 10 se muestra sin la camisa 34 dispuesta sobre el revestimiento 12. Como puede observarse en esta ilustración sin camisa 34, el revestimiento 12 tiene una pluralidad de canales de refrigerante 38 en su superficie exterior 32. La pluralidad de canales de refrigerante 38 discurre de abajo hacia arriba con respecto a las figuras 1 y 2, esto es, en la dirección longitudinal del revestimiento 12. Los canales de refrigerante 38 pueden formarse mediante trabajo mecánico, tal como mediante el fresado del revestimiento 12. Como también puede observarse en la figura 2, cada canal de refrigerante 38 es adyacente, en su extremo inferior con respecto a la figura 2, a una abertura 40 formada en el revestimiento 12 o sobresale hacia el mismo. La pluralidad de aberturas 40 forma una estructura de conexión. Cada una de las aberturas 40 también se extiende en la dirección longitudinal del revestimiento 12, particularmente de tal manera que cada una de las aberturas 40 conduce hacia la cámara de refrigerante 16 en su extremo opuesto al canal de refrigerante 38. La configuración de las aberturas 40 se explicará con mayor precisión en la descripción de la figura 3.

Como puede observarse en la figura 1, cada canal de refrigerante 38 es adyacente, en su extremo superior con respecto a la figura 1, a una abertura adicional 41 formada en el revestimiento o sobresale hacia el mismo. La pluralidad de aberturas adicionales 41 también forma una estructura de conexión. Cada una de las aberturas adicionales 41 también se extiende en la dirección longitudinal del revestimiento 12, particularmente de tal manera que cada una de las aberturas adicionales 41 conduce hacia la cámara de refrigerante adicional 17 en su extremo opuesto al canal de refrigerante 38. La pluralidad de aberturas adicionales 41 están formadas en la pared interior 18, particularmente en la pared interior 18 en el extremo longitudinal del revestimiento 12 en el que la pared interior 18 es más gruesa que en la región restante del revestimiento 12.

Los canales de refrigerante 38 se extienden, desde abajo con respecto a la figura 1, comenzando en las aberturas 40 sobre la superficie exterior 32 y terminan con el comienzo de las aberturas adicionales 41 en el extremo longitudinal superior del revestimiento 12 con respecto a la figura 1. Como puede observarse en la figura 1, la camisa 34 cubre completamente la pluralidad de canales de refrigerante 38, así como la porción de cada abertura 40 y de cada abertura adicional 41 que está formada en la superficie exterior 32 del revestimiento 12. La camisa 34 sella los canales de refrigerante 38, de modo que estén aislados de manera fluida entre sí.

La estructura de unión 30 adyacente a la cámara de refrigerante 16 también puede observarse con claridad en la figura 2. La estructura de unión 30 está incorporada en la pared lateral exterior 24 y tiene un contorno ondulado 42. En los valles de onda 44 del contorno ondulado 42, la pared lateral exterior 24 forma una pluralidad de elementos de unión 46 con unos orificios de unión 48 que rodean la estructura de cámara de combustión 10 en la dirección circunferencial. Los elementos de unión 46 en los valles de onda 44 también forman un patrón similar a una onda. Los orificios de unión 48 rodean la estructura de cámara de combustión 10 en la dirección circunferencial y están espaciados de manera regular.

La estructura de cámara de combustión 10 que se muestra en la figura 1 tiene una primera porción superior 50 con respecto a la figura 1 que comprende la cámara de combustión 14 y, adyacente a esta, una segunda porción inferior 52 con respecto a la figura 1 que comprende una expansión de tobera 54 de una tobera de expansión. Una porción intermedia de menor diámetro 56 que comprende una garganta de tobera 58 está formada entre la primera porción 50 con la cámara de combustión 14 y la segunda porción 52 con la expansión de tobera 54. En particular, la segunda porción 52 puede comprender una porción de una expansión de tobera 54 de una tobera de expansión y la estructura de unión 30 puede utilizarse para conectar la porción de la expansión de tobera 54 de la tobera de expansión a una parte de extensión de la expansión de tobera de la tobera de expansión.

En la figura 3, el corte designado en la figura 1 con III se muestra en una sección transversal ampliada. La figura 3 muestra, entre otras cosas, el revestimiento 12 con la pared interior 18, la camisa 34, la cámara de refrigerante 16, la pared inferior 28, que forma una cubierta para la cámara de refrigerante 16, y la estructura de unión 30. Como puede observarse con claridad en esta figura, una abertura 40 incorporada en el material de superficie del revestimiento 12 es adyacente a un canal de refrigerante 38, está cerrada en la dirección circunferencial y extiende el canal de refrigerante 38 hacia abajo hacia la cámara de refrigerante 16 con respecto a la figura 3. Las aberturas 40 están formadas en la pared interior 18 del revestimiento 12 en la dirección longitudinal del revestimiento 12. En la cámara de refrigerante 16, las aberturas 40 conducen lateralmente fuera de la pared interior 18, de modo que el refrigerante pueda viajar desde la cámara de refrigerante 16 hacia la abertura 40 o, por el contrario, desde la cámara de refrigerante 16 hacia la abertura 40. Una abertura 40 forma, por tanto, un orificio pasante respectivo entre la cámara de refrigerante 16 y uno de los canales de refrigerante 38.

También puede observarse, en la figura 3, que la camisa 34 cubre los canales de refrigerante 38 y la porción del revestimiento 12 en la que están formadas las aberturas 40 y que forma una pared exterior. La camisa 34 también cubre una pequeña porción de la pared superior 26, que delimita la cámara de refrigerante 16.

En la figura 4, el corte designado en la figura 1 con IV se muestra en una sección transversal ampliada, particularmente en un estado en el que la estructura de cámara de combustión 10 está unida, en este extremo longitudinal, a un componente adyacente. La figura 4 también muestra, entre otras cosas, el revestimiento 12 con la pared interior 18, la camisa 34, la cámara de refrigerante adicional 17 y la pestaña de unión 36. Como puede observarse con claridad en esta figura, una abertura adicional 41 incorporada en el revestimiento 12 es adyacente a un canal de refrigerante 38, está cerrada en la dirección circunferencial y extiende el canal de refrigerante 38, hacia arriba con respecto a la figura 4, hacia el canal de refrigerante 17. Las aberturas adicionales 41 están formadas en la pared interior 18 del revestimiento 12 en la dirección longitudinal del revestimiento 12 y se abren hacia la cámara de refrigerante adicional 17. De esta manera, el refrigerante puede viajar desde la cámara de refrigerante adicional 17 hacia la abertura adicional 41 o, por el contrario, desde la abertura adicional 41 hacia la cámara de refrigerante adicional 17. Una abertura adicional 41 forma, por tanto, un orificio pasante respectivo entre la cámara de refrigerante adicional 17 y uno de los canales de refrigerante 38.

La figura 4 también muestra un cabezal de inyección 62 por medio del cual se puede introducir el combustible en la cámara de combustión 14. En la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, el refrigerante es transportado fuera de la cámara de refrigerante adicional 17 más hacia el cabezal de inyección 62 y, desde ahí, transportado hacia la cámara de combustión 14. En la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, la cámara de refrigerante adicional 17 funciona, por tanto, como cámara de recogida y como cámara de distribución. Por lo tanto, tiene un volumen menor que la cámara de refrigerante 16, que funciona como cámara de distribución.

También puede observarse, en la figura 4, que la estructura de cámara de combustión 10 está unida por medio de un medio de unión 64 al componente adyacente 60. El medio de unión 64 es hecho pasar a través de un orificio de unión 37 formado en el revestimiento 12 y a través de un orificio de unión 66 del componente adyacente 60 que está al ras con este. Un accesorio 68 en el que se integra el cabezal de inyección 62 está ubicado entre la estructura de cámara de combustión 10 y el componente adyacente 60. El accesorio 68 delimita la cámara de refrigerante adicional 17 en una dirección lateral, particularmente hacia el interior en la dirección del espacio interior 20 del revestimiento 12, y hacia arriba con respecto a la figura 4, esto es, hacia un lado que es opuesto a las aberturas adicionales 41. La cámara de combustión 14 y la cámara de refrigerante adicional 17 están selladas de manera hermética a los fluidos por medio de unos sellos 70 contra el entorno externo de la estructura de cámara de combustión 10.

Como puede observarse en la figura 1, la pestaña de unión 36 tiene una pluralidad de orificios de unión 37 en la dirección circunferencial de la pestaña de unión 36 a través de cada uno de los cuales se puede hacer pasar un medio de unión 64.

Las aberturas 40 y las aberturas adicionales 41 pueden formarse mediante taladrado o erosión, por ejemplo.

El revestimiento 12 está hecho de un material termoconductor. En la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, el revestimiento 12 está hecho de un acero. El revestimiento 12 puede soportar la mayor parte de las fuerzas que actúan sobre la estructura de cámara de combustión 10 durante su funcionamiento. El revestimiento 12 está hecho de una parte de una única pieza. La región del revestimiento 12 que forma la cámara de refrigerante 16 puede incorporarse para que sea maciza después de un proceso de conformación adecuado y se puede trabajar posteriormente utilizando un proceso de extracción de material adecuado, de tal manera que se crean la cámara de refrigerante 16 y la estructura de unión 30. La cámara de refrigerante 16 puede sellarse entonces soldando la pared inferior 28 al revestimiento 12, por ejemplo. En la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, la pared inferior 28 también está hecha de acero.

En la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, la camisa 34 se aplica galvánicamente al revestimiento 12 y, por lo tanto, está hecha de un material que puede aplicarse galvánicamente. En la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, la camisa 34 está hecha de níquel. La camisa 34 se aplica al revestimiento 12 de tal manera que sella los canales de refrigerante 38 entre sí y, por tanto, guía el refrigerante en los canales de refrigerante 38. Así mismo, la camisa 34 sirve para absorber las cargas de compresión procedentes de la presión de refrigerante. A diferencia de en las estructuras de cámara de combustión conocidas, sin embargo, ya no se utiliza para soportar la mayor parte de las cargas mecánicas durante el funcionamiento de la estructura de cámara de combustión.

En principio, sin embargo, la camisa 34 también puede incorporarse de cualquier otra manera deseada, siempre que esta selle los canales de refrigerante 38 entre sí. Por ejemplo, la camisa 34 puede estar formada por una lámina de metal soldada o varias láminas de metal soldadas, o también por un material cobertor aplicado por medio de rociado de gas frío.

Durante el funcionamiento de la estructura de cámara de combustión 10, el refrigerante es conducido a través de los canales de refrigerante 38. El calor de reacción emitido al revestimiento 12 durante la combustión en la cámara de combustión 14 es transferido al refrigerante en los canales de refrigerante 38 y es transportado lejos por los mismos. En la realización a modo de ejemplo descrita en el presente documento, la cámara de refrigerante 16 descrita tiene la función de distribuir el refrigerante hasta los canales de refrigerante individuales 38 y la cámara de refrigerante adicional 17 tiene la función de recibir el refrigerante procedente de los canales de refrigerante individuales 38 y redirigirlo hasta el cabezal de inyección 62. En principio, sin embargo, cualquier cámara de refrigerante 16, 17 puede tener la función de distribuir el refrigerante hasta los canales de refrigerante individuales 38 o de recoger el refrigerante calentado procedente de los canales de refrigerante individuales 38 y descargarlo o redirigirlo.

A diferencia de las estructuras de cámara de combustión conocidas, en las que un colector está unido a una camisa aplicada galvánicamente por medio de soldadura, en la estructura de cámara de combustión 10 divulgada en el presente documento, el distribuidor y el recogedor, es decir, la cámara de refrigerante 16 y la cámara de refrigerante adicional 17, están formados por el propio revestimiento 12. En lugar de un colector, únicamente la pared inferior 28, una cubierta, necesita montarse, por ejemplo. Como resultado, ya no es necesario que la camisa 34 tenga una estructura de interfaz correspondiente para el distribuidor y/o recogedor. Por un lado, esto ofrece la ventaja de que, en la estructura de cámara de combustión 10 divulgada, la camisa 34 puede aplicarse en un único ciclo si la camisa 34 se aplica galvánicamente. Esto da como resultado tiempos de baño más cortos durante el galvanizado y, por ende, costes de fabricación más bajos. Por otro lado, la unión de una cubierta de diseño sencillo representa un proceso más sencillo que la soldadura de un colector anular que se incorpora como una media carcasa, lo que también da como resultado una reducción de costes. Asimismo, esto elimina la necesidad de que la camisa esté hecha de un material soldable, de modo que el material de la camisa esté sujeto a menos restricciones.

Puesto que la cubierta (la pared inferior 28) también está hecha de acero como el revestimiento 12, los materiales que se van a soldar ahora son acero con acero y ya no acero (colector) con níquel (camisa). Esto facilita el proceso de soldadura. Lo que es más, el cordón de soldadura se puede proporcionar no solo por medio de soldadura por haz de electrones (soldadura AE), sino también por medio de soldadura con gas inerte de tungsteno (soldadura GIT), lo que también da como resultado unos costes más bajos.

Por último, en la estructura de cámara de combustión 10 divulgada, la función de soporte de carga la asume principalmente el revestimiento 12. La manera en que esto se logra es que, por un lado, tanto la cámara de refrigerante 16 como la cámara de refrigerante adicional 17 están formadas por el revestimiento 12, que también rodea la cámara de combustión 14. Por lo tanto, no es necesario proporcionar una o más geometrías de interfaz en una de las camisas 12, 34 para conectar el distribuidor o distribuidores o el recogedor o recogedores, tampoco es necesario conectar uno o más distribuidores o recogedores separados a una camisa 12, 34 de la estructura de cámara de combustión 10. Esto da como resultado un alto nivel de estabilidad por parte del revestimiento 12, puesto que las fuerzas que actúan sobre el revestimiento 12 pueden redirigirse directamente a través del revestimiento 12 sin que las fuerzas fluyan sobre una transición, tal como un cordón de soldadura o una zona de fusión de níquel galvánico, por ejemplo. Además de esto, en la realización a modo de ejemplo que se muestra aquí, el revestimiento 12 está hecho de un acero de alta resistencia.

Puesto que la función de soporte de carga la asume principalmente el revestimiento 12, la camisa 34 puede tener un diseño más delgado. Esto da como resultado un ahorro de costes debido al material ahorrado y, si se aplica la camisa, esto significa ahorros de costes adicionales debido a los tiempos de procesamiento y/o baño más cortos.

La cámara de refrigerante 16 y la cámara de refrigerante adicional 17 están formadas por el revestimiento 12 y, por tanto, están ubicadas en la proximidad inmediata de la cámara de combustión 14 y el espacio interior 20 de la estructura de cámara de combustión 10. Como resultado, la estructura de cámara de combustión 10 divulgada tiene un diámetro exterior pequeño y, por tanto, también una masa baja.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Una estructura de cámara de combustión (10), particularmente para un motor cohético, que comprende:

- un revestimiento (12) que rodea una cámara de combustión (14) y tiene una superficie exterior (32) que está orientada opuesta a la cámara de combustión (14), extendiéndose unos canales de refrigerante (38) en la dirección longitudinal del revestimiento (12) y formados en la superficie exterior (32) del revestimiento (12), y

- una estructura de conexión (40, 41) que conecta de manera fluida una cámara de refrigerante (16, 17) a los canales de refrigerante (38),

caracterizada por que

el revestimiento (12) está hecho de una parte de una única pieza y se ensancha en un extremo longitudinal del revestimiento (12), formando una porción ensanchada, y

el revestimiento (12), en esta porción ensanchada, forma una pluralidad de paredes (22, 24, 26, 28) que delimitan la cámara de refrigerante (16, 17) para recoger y/o distribuir un refrigerante que se extiende en la dirección circunferencial del revestimiento (12).

2. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en la reivindicación 1, en donde la estructura de conexión está formada por unas aberturas (40, 41) que se extienden en el revestimiento (12) y en la dirección longitudinal del revestimiento (12), hacia las que conduce un canal de refrigerante (38) respectivo en un extremo y que conducen, en su otro extremo, hacia la cámara de refrigerante (16, 17).

3. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, una camisa (34) que rodea el revestimiento (12) al menos parcialmente de tal manera que los canales de refrigerante (38) están cubiertos y aislados de manera fluida entre sí.

4. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en la reivindicación 3, en donde al menos una porción de la cámara de refrigerante (16, 17) formada por el revestimiento (12) es una región que no está cubierta por la camisa (34).

5. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara de refrigerante (16) está delimitada, además, por una primera pared (28) que está conectada de manera hermética a los fluidos con el revestimiento (12), particularmente por medio de una conexión soldada.

6. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en la reivindicación 5, en donde la pluralidad de paredes (22, 24, 26) que no son la primera pared (28) están formadas cada una por el revestimiento (12).

7. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en la reivindicación 5 o 6, en donde una (22) de la pluralidad de paredes (22, 24, 26) que no es la primera pared (28) está formada por una porción de una pared interior (18) del revestimiento (12), y en donde la cámara de refrigerante (16) se extiende radialmente hacia el exterior.

8. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la cámara de refrigerante (17) está formada por una ranura (21) que se extiende en el revestimiento (12) en la dirección circunferencial de este.

9. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en la reivindicación 8, que comprende, además, un cabezal de inyección (62) para introducir un combustible en la cámara de combustión (14), estando la cámara de refrigerante (17) en comunicación fluida con el cabezal de inyección (62).

10. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el revestimiento (12) está incorporado de tal manera que soporta la mayor parte de las fuerzas que actúan sobre la estructura de cámara de combustión (10).

11. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el revestimiento (12) tiene una primera porción (50) que define la cámara de combustión (14) y una segunda porción (52) adyacente a la primera porción (50) que forma al menos una porción de una tobera de expansión, y en donde la cámara de refrigerante (16) está formada en la segunda porción (52).

12. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara de refrigerante (16, 17) tiene una estructura de unión (30, 36, 37) en un borde periférico exterior, particularmente para unir la estructura de cámara de combustión (10) a una tobera de expansión de un motor cohético.

13. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en la reivindicación 12, en donde la estructura de unión (30, 36, 37) se forma integralmente con el revestimiento (12) y se forma particularmente mediante la extracción del material del revestimiento (12).

14. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cámara de refrigerante (16, 17) se forma mediante la extracción del material del revestimiento (12).

15. La estructura de cámara de combustión (10) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una primera cámara de refrigerante (16, 17) que está formada en un extremo longitudinal del revestimiento (12) y una segunda cámara de refrigerante (17, 16) que está formada en el extremo longitudinal opuesto del revestimiento (12).