JPH0396644A - チャンネル付き壁スラストノズルの製造方法 - Google Patents

チャンネル付き壁スラストノズルの製造方法

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JPH0396644A
JPH0396644A JP2222669A JP22266990A JPH0396644A JP H0396644 A JPH0396644 A JP H0396644A JP 2222669 A JP2222669 A JP 2222669A JP 22266990 A JP22266990 A JP 22266990A JP H0396644 A JPH0396644 A JP H0396644A
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mandrel
channel
ribs
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convergent
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JP2222669A
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Elden L Hawkinson
エルドン リロイ ハウキンソン
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Boeing North American Inc
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Rockwell International Corp
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    • B23P15/008Rocket engine parts, e.g. nozzles, combustion chambers
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、大略、ジェットエンジン又はロケットエンジ
ンにおいて使用されるタイプのスラストノズルを製造す
る製造方法に関するものである。
更に詳細には、本発明は、先細一末広形状のスラスト室
を画定するチャンネル付き壁を具備するタイプのスラス
トノズルを製造する比較的経済的であるが尚且つ高精度
の改良した製造方法に関するものである。
従来技術 ジェットエンジン及びロケットエンジン用のスラストノ
ズルは、スラストを発生するようにエンジンから燃焼物
を放出する場合に使用するものとして従来公知である。
この様なスラストノズルは、先細一末広形状のスラスト
室を画定しており、該スラスト室を介して、燃焼物質が
流れて、所望の前方向反力即ちスラストを与える。現在
の多くのスラストノズル設計においては、チャンネル付
き壁形態が使用されており、その場合、エンジン処理流
体を燃焼物質と熱交換関係を持って通過させるために、
スラスト室の回りの円周方向に比較的小さな流体流れチ
ャンネルが形成される。この様なチャンネル付き壁形態
は、一層高いエンジン性能レベルを達成し及び/又はノ
ズル構成体の寿命を長期化するために処理流体の加熱及
び/又はスラストノズル構成体の冷却が所望される場合
に使用される。
チャンネル付き壁スラストノズルはエンジン動作におい
て顕著な利点を与えるものではあるが、チャンネル付き
壁構成体は製造が比較的困難であり且つ高価であって、
特に、先細一末広形状のスラスト室と共に形成する場合
には問題は一層深刻となる。更に、あるエンジン適用に
おいては、流体流れチャンネルのアレイは、適切な熱交
換動作を行なうために厳格な公差限界内において実質的
に一様な寸法及び形状を有するものでなければならない
場合がある。これらの設計基準を充足するために、従来
のこの様なチャンネル付き壁スラストノズルは、所望の
先細一末広形状の鍛造したスラスト室ライナから製造し
ており、その場合、このライナを適宜機械加工して先細
一末広形状に従った一様な寸法及び形状の長手方向に延
在する外部チャンネルを形成している。次いで、これら
の機械加工したチャンネルは、外側嵌着ハウジングシェ
ルによって包囲される。しかしながら、各々のスラスト
ノズルについて精密チャンネル機械加工を行なうための
条件は、製造時間及びコストを著しく増加させることと
なる。
従って、チャンネル付き壁スラストノズルを製造する製
造方法を改善することの必要性が存在している。
目  的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、複雑
で且つコスト高な機械加工ステップを回避することを可
能とすると共に比較的高精度で処理流体流れチャンネル
を形或することが可能であり、チャンネル付き壁スラス
トノズルを製造することが可能な改良した方法を提供す
ることを目的とする。
構成 本発明によれば、ジェットエンジン及びロケットエンジ
ンなどにおいて使用されるタイプのチャンネル付き壁ス
ラストノズルを高精度で製造することが可能な改良した
方法が提供される。このスラストノズルは、先細一末広
形状のスラスト室の回りに比較的小さく且つ実質的に一
様な寸法の流れチャンネルからなる円周方向アレイを有
するように比較的高い製造効率で製造することが可能で
ある。これらの流れチャンネルは、例えば燃料又は酸化
剤などのような選択したエンジン処理流体が、スラスト
室を介して推進されるエンジン燃焼物質と熱伝達関係を
持って循環することを可能とする。
本発明によれば、高精度で形威され且つ寸法的に安定な
マンドレルが、大略、円形形状の横断面形状及び長手方
向における先細一末広断面形状を有するようにtiaさ
れる。この先細一末店形状は、所望のスラスト室の形状
とほぼ適合しており、該マンドレルは、好適には、スラ
スト室の仕上げ直径よりも多少小さな直径を有している
。長手方向に延在するスロットが、該マンドレルの外部
に形威され、該流体流れチャンネルを分離する複数個の
半径方向に延在する壁の位置を画定する。更に、該マン
ドレルは、スラスト室のスロート部に対応する面に関し
て長手方向に分離可能であるように分割されている。
複数個の整形したチャンネル分離リブは、シートストッ
クなどから打抜き加工乃至はスタンピングによって適宜
の合金物質から形成される。これらのチャンネル分離リ
ブは、マンドレルの外部スロット内に個別的に装着され
る。分離リブ間に形成される長手方向に延在する空間乃
至はチャンネルは、例えば鋳造用ろうなどのような選択
した除去可能なキャスティング物質で充填する。この充
填ステップに続いて、分離リブ及びキャスティング物質
の回りに外側ハウジングシェルを装着し、スラストノズ
ルに対する外側壁を形成する。
次いで、該分割型マンドレルの分離可能な構成要素を取
外して、分離リブの半径方向内側端部を露出させる。こ
れらの内側端部をスラスト室形状に従って機械加工し、
且つ該キャスティング物質内に少なくとも僅かにブリッ
ジ即ち架橋させる。
次いで、分離リブに内側ハウジングシェルを装着してス
ラストノズルの内側壁を形威し、且つキャスティング物
質を除去する。その結果得られるスラストノズルは、外
側及び内側ハウジングシェルと共に分離リブによって画
定される高精度で形成されたチャンネルを有しており、
その内側ハウジングシェルは、更に、スラスト室を画定
している。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。
本発明の一実施例に基づく改良した製造方法によれば、
ジェットエンジン及びロケットエンジンなどにおいて使
用されるタイプのチャンネル付き壁スラストノズルの製
造方法が提供され、その際に、この様なスラストノズル
は第1図において大略参照番号10で示してある。この
改良型の製造方法は、矢印14で示したエンジン燃焼物
質が押出されてスラストを発生するためにエンジン燃焼
物質が通過する特別の形状をした先細一末広スラスト室
12を有するスラストノズル10を比較的経済的に且つ
高精度で製造することを可能としている。スラストノズ
ルIOは、スラスト室12の回りに円周方向のアレイ形
態に配設した比較的小さな流体流れチャンネル16から
なるアレイを画定しており、矢印18て示した如く、エ
ンジン処理流体が高温の燃焼物質と熱伝達関係で通過す
ることを可能としている。重要なことであるが、本発明
は、各スラストノズルに関して従来行なっていた複雑で
且つコスト高のチャンネル機械加工動作の必要性を回避
すると共に、実質的に厳洛な公差の精度でこれらの処理
流体チャンネル16を形成する一連の製造ステップを提
供している。
第1図に図示したタイプのチャンネル付き壁スラストノ
ズルは、比較的高性能のジェットエンジン及びロケット
エンジンにおいて使用することが知られており、その場
合、エンジン性能レベルは、スラスト室12を介して通
過する高温の燃焼物質と再生熱伝達関係でエンジン処理
流体を循環させることによって向上されている。この処
理流体は、燃料又は酸化物を有することが可能であり、
この処理流体は、燃焼物質から熱を抽出し且つ同時的に
先細一末広スラスト室を画定するスラストノズルの壁を
冷却する。しかしながら、適切な動作のためには、処理
流体チャンネル■6を一様に形成することが、各チャン
ネルに関して実質的に一様な流体の流れ及び熱抽出を確
保するために重要である。本発明は、比較的製造効率を
増加させ且つ実質的に製造コストを減少させることが可
能なこのタイプのスラストノズルを製造する改良した方
法を提供するものである。
チャンネル付き壁スラストノズル10は、第2図に示し
た如く、マンドレル20を使用して構成される。このマ
ンドレル20は、金属又はその他の複合物質などから比
較的厳格な公差で機械加工することにより形威される。
マンドレルを形成する特定の物質は、典型的に約60乃
至100@Fの程度の範囲の周囲の大気温度に対応する
通常の処理温度に亘って熱安定性を有する相対的な寸法
安定性に関して選択することが可能である。重要なこと
であるが、マンドレル20は高精度の公差で構成するが
、各々のスラストノズルに関して複雑又はコスト高の厳
格な公差の機械加工作業を行なう必要性なしに、一連の
スラストノズルの製造において再使用することが可能で
ある。
第2図及び第3図に示した如く、マンドレル20は、大
略円筒形状及び寸法を有しており、円形形状の横断面積
を画定している。長手方向においては、このマンドレル
の直径は、製造されるべきスラスト室12の幾何学的形
状とほぼ適合即ち一致するように寸法設定されている。
即ち、マンドレル20は、スラスト室の上流側の先細部
分を形成するために一端から滑らかに減少する直径を有
しており即ち先細の形状を有しており、次いで直径の小
さなスロート部から滑らかに直径が増加し即ち末広形状
となって、スラスト室の下流側の末広部分を画定してい
る。以下の説明においてより明白となるように、一端か
ら他端へのマンドレルの直径寸法は、形成すべき対応す
るスラスト室の直径寸法よりも多少小さい。重要なこと
であるが、スロート部においては、マンドレル20は分
割されており、長手方向に分離可能なマンドレル構成要
素21及び22を画定している。
マンドレル20の外側周辺部は、精密機械加工などによ
って形状が構成されており、長手方向に延在する幅狭の
スロット24からなるアレイが構戊されている。これら
のスロット24は、好適には、互いに同一であり且つ一
様の円周方向間隔で形或されている。これらのスロット
24は、マンドレルの一端から他端へかけて、典型的に
は一様の深さで、マンドレル20の外形に追従している
従って、スロット24は、先細形状のマンドレル構成要
素21に亘って滑らかに遷移しており、次いで中断され
ることなしに、末広形状のマンドレル構成要素22に亘
って滑らかに延在している。
第4図に示した如く、チャンネル分離リブ26は、適宜
の金属シートストック28などから形成されており、マ
ンドレル20の先細一末広形状にほぼ適合即ち一致する
長手方向に延在する端部(乃至は、端部余白)を有して
いる。これらのチャンネル分離リブ26は、比較的高い
熱伝導性を有する物質、例えば銅、銅合金、又は好適に
は実質的に一様のシート厚さを持ったその他の金属物質
から形成することが可能である。リブ26は、打抜き加
工又はスタンビングなどによって大量生産することが可
能であり、複数個のリブ26は、典型的には、単一のシ
ート物質から切断して形成される。分離リブ26の切断
端部の機械的又は化学的なパリ取りを行なうことが望ま
しい。
チャンネル分離リブ26がマンドレルスロット24内に
個別的に取付けられ、第5図に示した如く、それらの間
に処理流体流れチャンネル16を画定する半径方向に突
出した壁を形成する。分離リブ26の半径方向内側端部
は、マンドレルスロット24内に固定され、該分離リブ
の外側端部は、マンドレルから外側に位置した直径位置
において終端している(第5図及び第6図参照)。次い
で、リブ26間の長手方向に延在するチャンネル16を
、第7図に示した如く、例えば鋳造用ろうなどのような
適宜の除去可能なキャスティング物質30で充填する。
その結果得られる、マンドレル20と、リブ26と、キ
ャスティング物質30とを包含する中間組立体の外側形
状を、比較的容易な機械加工などによって精密先細一末
広形状に整形する。
次いで、該中間組立体へ外側ハウジングシェル32(第
8図)を装着し、処理流体チャンネル16の外側を包囲
し、スラストノズル10の外側壁を画定する。この外側
ハウジングシエル32は、通常、例えば電着などのよう
な種々の製造方法に従って例えばニッケルをベースとし
た合金などのような高強度構造物質から形或するか、又
は選択したシート物質などから形成したプレフォームハ
ウジング構成要素を装着することによって形戊する。重
要なことであるが、外側ハウジングシェル32は、各分
離リブ26の外側端部に連結される。
この外側シェルを形戊するためにプレフォームしたシー
ト物質構成要素を使用する場合、この様な連結ステップ
は、溶接、拡散接合などのような技術を使用して実施す
ることが可能である。
第9図及び第10図に示した如く、外側ハウジングシェ
ル32を形成した後に、マンドレル20を部分的に形成
したスラストノズルから分離する。
この様なマンドレル20の分離は、マンドレル構成要素
21及び22を軸方向に分離させることによって迅速且
つ容易に行なうことが可能である。
先細一末広形状及びリブ26は、構戊要素を接着するこ
となしにこの分離を行なうことを可能とする。リブ26
を取付ける前に、適宜の離型剤でマンドレル20を予め
コーティングすることにより、この分離作業の場合の摩
擦抵抗を最小とすることが可能である。
マンドレルを除去した後に、分離リブ26の内側端部が
露出される(第9図及び第10図参照)。
これらのリブ内側端部を、比較的容易な機械加工などに
よって、高精度の先細一末広形状へ整形させる。比較的
厳格な公差で容易に製造することが可能であるので、リ
ブ26は、第11図に示した如く、キャスティング物質
30内へ少なくとも僅かにブリッジ即ち架橋するように
機械加工され、その際に高精度の内側表面を形成する。
次いで、第12図に示した如く、銅又は銅合金などのよ
うな高い熱伝導率を持った選択した物質からなる内側ハ
ウジングシエル34をノズル中間組立体の内側に内張リ
して形戊する。この内側シエル34も電着又はその他の
適宜の壁形成技術によって形成することが可能である。
重要なことであるが、この内側シエル34も、分離リブ
26の端部へ連結されており、従って内側及び外側ハウ
ジングシエル34及び32は分離リブ26と協働して長
手方向の処理流体チャンネル16を画定すると共に包囲
する。次いで、溶融及び/又は溶媒フラッシングによっ
てキャスティング物質30をチャンネル16から除去し
、第13図に示した如く、完成されたスラストノズル構
成体を形成する。
この完成したスラスト・ノズル10は、第1図において
矢印18で示した如く、エンジン動作期間中に、チャン
ネル16の円周方向アレイへ及びそこから処理流体を循
環させるためのマニホールド(不図示)が適宜設けられ
ている。
従って、本発明の改良した製造方法は、チャンネル付き
壁スラストノズルを高精度で製造する場合の迅速且つ比
較的経済的な技術を提供している。
精密な形状に構成するチャンネルの複雑な機械加工は必
要ではない。その代わりに、ノズルのべ−スとしてプレ
フォーム即ち予め形成したマンドレルを使用しており、
その場合、このマンドレルは、精密チャンネルを有して
いるが、一連のスラストノズルの製造において再使用す
ることが可能なものである。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明は、これらの具体例にのみ限定されるべき
ものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなし
に種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、スラスト室を介して流れる燃焼物質と熱交換
関係を有する処理流体流れを有しており本発明の一実施
例に基づいて構戊されたチャンネル付き壁スラストノズ
ルを示した概略図、第2図は本発明の一実施例のスラス
トノズル製造方法において使用する分割型マンドレルを
示した概略分解斜視図、第3図は第2図に示したマンド
レルの長手方向における断面を示したほ略断面図、第4
図はシートストックからチャンネル分離リブを形成する
状態を示した概略図、第5図はマンドレルへ複数個の分
離リブを装着する状態を示した拡大一部斜視図、第6図
は第3図の一部と同様であるがマンドレルに分離リブを
装着した状態を示した拡大一部長手概略断面図、第7図
はマンドレル上の分離リブ間に形成されるチャンネルを
キャスティング物質が充填する状態を示した拡大一部概
略斜視図、第8図は第7図と同様なものであるが分離リ
ブの回りに外側ハウジングシェルを装着した状態を示し
た拡大一部概略斜視図、第9図は外側ハウジングシェル
を装着した状態で分離リブからマンドレルを取外した状
態を示した分解概略斜視図、第10図はマンドレルを除
去した状態の第9図の部分的に形成されたスラストノズ
ルを示した拡大一部概略端面図、第l1図は第10図と
同様なものであるが内側端部を精密機械加工した状態の
分離リブを示した拡大一部概略端面図、第12図は第1
1図と同様なものであるが分離リブ上に内側ハウジング
シェルを装着した状態を示した拡大一部概略端面図、第
13図はキャスティング物質を除去した状態のチャンネ
ルを示したスラスl・ノズルの一部の概略斜視図、であ
る。 (符号の説明) 10:スラストノズル 12:スラスト室 16:チャンネル 20:マンドレル 21,22:マンドレル構戊要素 24:スロット 26:リブ 30:キャスティング物質 32:外側ハウジングシェル 34:内側ハウジングシェル F/G,1 2l 32 −358− FIG /l F/ G. l2 FIG, /3

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、先細−末広スラスト室を画定するチャンネル付き壁
    スラストノズルの製造方法において、製造すべきスラス
    ト室の形状にほぼ適合する長手方向の先細−末広断面及
    び横方向断面を持ったマンドレルを形成し、前記マンド
    レルは長手方向に分離可能なマンドレル構成要素を画定
    するために前記先細−末広断面の直径の小さなスロート
    部において分離可能であり、前記マンドレルの形成ステ
    ップはその外部表面に長手方向に延在するスロットのア
    レイを形成する工程を包含しており、前記マンドレルの
    スロット内に複数個のチャンネル分離リブを取付け該ス
    ロットから外側に突出させてリブ間に複数個の長手方向
    に延在するチャンネルを画定し、前記チャンネルを着脱
    自在のキャスティング物質で充填し、前記チャンネル分
    離リブの外側端部へ外側ハウジングシェルを装着して前
    記チャンネルの外側を包囲し、前記マンドレル構成要素
    を長手方向に分離させることにより前記チャンネル分離
    リブから前記マンドレルを脱装し、前記チャンネル分離
    リブの内側端部を所定の形状に整形し、前記チャンネル
    分離リブの内側端部に内側ハウジングシェルを装着して
    前記チャンネルの内側を包囲し、前記チャンネルから前
    記キャスティング物質を除去する、上記各ステップを有
    することを特徴とする方法。 2、特許請求の範囲第1項において、前記マンドレル形
    成ステップが、前記マンドレルが大略円形状の横断面を
    有するように形成する工程を有することを特徴とする方
    法。 3、特許請求の範囲第2項において、前記マンドレル形
    成ステップが、大略一様の寸法、形状及び間隔を有する
    ように前記マンドレルの外部の回りに円周方向のアレイ
    状で前記スロットを形成する工程を有することを特徴と
    する方法。 4、特許請求の範囲第2項において、前記マンドレル形
    成ステップが、実質的に一様のスロット深さを有する前
    記マンドレルの先細−末広外形に従って前記スロットを
    形成する工程を有することを特徴とする方法。 5、特許請求の範囲第1項において、前記マンドレルの
    先細−末広形態にほぼ一致する内側及び外側端部を有す
    るチャンネル分離リブを金属シートストックから形成す
    る工程を有しており、且つ前記リブが前記マンドレルの
    スロット内に取付けた場合に前記マンドレルから半径方
    向外側に突出するように前記内側及び外側端部の間に十
    分な間隔が設けられていることを特徴とする方法。 8、特許請求の範囲第1項において、前記キャスティン
    グ物質が鋳造用ろうを有することを特徴とする方法。 7、特許請求の範囲第1項において、前記充填ステップ
    の後に、前記チャンネル分離リブの外側端部を選択した
    先細−末広長手方向形状に機械加工するステップを有す
    ることを特徴とする方法。 8、特許請求の範囲第7項において、前記機械加工ステ
    ップが、前記キャスティング物質内へ少なくとも僅かに
    架橋する工程を有することを特徴とする方法。 9、特許請求の範囲第1項において、前記マンドレルの
    脱装ステップを簡単化するために前記マンドレルの外部
    へ離型剤を付与するステップを有することを特徴とする
    方法。 10、特許請求の範囲第1項において、前記内側端部整
    形ステップが、前記キャスティング物質内へ少なくとも
    部分的にブリッジするように前記チャンネル分離リブの
    内側端部を機械加工する工程を有することを特徴とする
    方法。 11、特許請求の範囲第1項において、前記外側及び内
    側ハウジングシェルを装着するステップが、電着工程を
    有することを特徴とする方法。 12、先細−末広スラスト室を画定するチャンネル付き
    壁スラストノズルを製造する方法において、製造すべき
    スラスト室の先細−末広形状にほぼ適合する長手方向先
    細−末広断面と、前記製造すべきスラスト室の直径より
    も多少小さな直径を有するほぼ円形形状の横断面と、長
    手方向に分離可能なマンドレル構成要素を画定するため
    に直径の小さなスロート部において分割部と、各々が製
    造すべきスラスト室の先細−末広形状とほぼ適合する長
    手方向形状を具備しており円周方向に離隔され且つ長手
    方向に延在するスロットからなる外部アレイとを持った
    マンドレルを用意し、前記マンドレルのスロット内に複
    数個のチャンネル分離リブを個別的に取付けて前記マン
    ドレルの外部から半径方向外側に突出させ、前記リブは
    前記製造すべきスラスト室の先細−末広形状とほぼ適合
    する内側及び外側端部を有すると共にそれらの間に円周
    方向に分布した複数個の長手方向チャンネルを画定して
    おり、前記チャンネルを除去可能なキャスティング物質
    で充填し、前記チャンネル分離リブの外側端部へ外側ハ
    ウジングシェルを装着し、前記マンドレル構成要素を長
    手方向に分離させることによって前記マンドレルを前記
    チャンネル分離リブ及びキャスティング物質から取外し
    、前記チャンネル分離リブの内側端部を前記製造すべき
    スラスト室の先細−末広形状とほぼ適合する選択した形
    状へ整形し、前記整形ステップは前記キャスティング物
    質内に少なくとも僅かに機械加工する工程を包含してお
    り、前記チャンネル分離リブの内側端部へ内側ハウジン
    グシェルを装着し、前記チャンネルから前記キャスティ
    ング物質を除去する、上記各ステップを有することを特
    徴とする方法。 13、特許請求の範囲第12項において、前記チャンネ
    ル分離リブを金属シートストックから形成するステップ
    を有することを特徴とする方法。 14、特許請求の範囲第12項において、前記キャステ
    ィング物質が鋳造用ろうを有することを特徴とする方法
    。 15、特許請求の範囲第12項において、前記充填ステ
    ップの後に、前記チャンネル分離リブの外側端部を選択
    した先細−末広長手方向形状へ機械加工するステップを
    有することを特徴とする方法。 16、特許請求の範囲第12項において、前記マンドレ
    ルの脱装ステップを簡単化するために前記マンドレルの
    外部へ離型剤を付与するステップを有することを特徴と
    する方法。 17、特許請求の範囲第12項において、前記外側及び
    内側ハウジングシェルを装着するステップが電着工程を
    有することを特徴とする方法。 18、特許請求の範囲第12項において、前記チャンネ
    ルを介して選択した流体を循環させるために前記内側及
    び外側ハウジングシェルへ流体の流れマニホールドを装
    着することを特徴とする方法。 19、特許請求の範囲第12項の方法に基づいて製造さ
    れたことを特徴とするスラストノズル。
JP2222669A 1989-08-25 1990-08-27 チャンネル付き壁スラストノズルの製造方法 Pending JPH0396644A (ja)

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