JPH0610766A - ロケットエンジンの特にスラストチャンバである、蒸散によって冷却される高温ガスを包含する囲繞体並びにその製造方法 - Google Patents

ロケットエンジンの特にスラストチャンバである、蒸散によって冷却される高温ガスを包含する囲繞体並びにその製造方法

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JPH0610766A
JPH0610766A JP5115819A JP11581993A JPH0610766A JP H0610766 A JPH0610766 A JP H0610766A JP 5115819 A JP5115819 A JP 5115819A JP 11581993 A JP11581993 A JP 11581993A JP H0610766 A JPH0610766 A JP H0610766A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロケットエンジンのスラストチャンバに関
し、多孔性壁の蒸散冷却装置の欠点を是正し、冷却流動
体の消費を最適化する。 【構成】 冷却流動体を適用する手段は、囲繞体の内側
部分を形成する多孔性壁の外面に適用される液圧較正シ
ースを有し、該シースは、複数個の微孔が穿設され、そ
の分配密度は、囲繞体の壁の様々の領域にわたって前進
的に異なり、該分配密度は、相当高く、多孔性壁に近付
く冷却されるべき熱流れは、相当多く、ユニット領域当
たりの既定流速は、囲繞体の様々の領域の該シースを介
して確保され、外側シーリング包体及び多孔性壁に取着
される該シースの間には、冷却流動体供給容量が形成さ
れ、外側シーリング包体及び液圧較正シースの間には、
スペーサが配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温ガス系統、ボイ
ラ、又はロケットエンジン燃焼チャンバ、又はガス発生
器、又は予熱チャンバのような高温ガスを包含する容器
の蒸散冷却に関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸散（transpiration)によって多孔性壁
を冷却する様々なシステムが公知である。低温源の近傍
に位置する多孔性壁の第１面から、高温源の近傍に位置
する多孔性壁の第２面に向かう低温流動体の、『蒸散』
として公知の、流れは、多孔性壁の内部で生じる熱伝達
と共に起きる。多孔性壁は、流動体によって運ばれる移
流(advection flow)及び固体マトリクスによって運ばれ
る通流(condution flow)という、２つの反対方向の熱の
流れのシートである。これらの２つの流れは、固体マト
リクスに接触する流動体の外周還流（peripheral conve
ction)に微視的な孔レベルで対応する『蒸散』と呼ばれ
る交換機構により、相互作用してパワーを交換する。高
温壁から低温壁へのこの伝熱は、２つの対向する通流及
び移流を修正する。付随する通流から引き出されるパワ
ーは、流動体によって運ばれる移流によって取り上げら
れ、元の場所すなわち高温源に向かって戻される。従っ
て、低温領域に向かう通流は、パワーのこの引き出しに
よって低減される。その構造材料と流動体との間の壁内
の熱連結の度合い、すなわち内部熱交換係数は、多孔性
媒体の内部形状、流動体の性質、及び流速に依存する。
【０００３】蒸発冷却は、機械的強度の要求に両立可能
な且つそれを形成する材料の許容する限界よりも下の温
度に維持されるべき燃焼部から来る高温流れにその一面
がさらされる壁を有したロケットエンジンのスラストチ
ャンバに対して考慮された。そのような蒸散冷却を用い
る際に、低温源は、周囲温又は極低温で燃料要素の１つ
で構成され、チャンバの壁は、冷却燃料要素が浸透可能
な多孔性材料で形成される。蒸散流れは、燃焼チャンバ
に吐出される前に、壁を貫通する。その移動の際に、流
動体は、壁から熱のパワーを引き出し、その結果、壁
は、許容温度の限界内に保持される。チャンバ内に吐出
される流動体が壁及び燃焼部の間に位置し、これによ
り、壁に至る直前に付随的な熱流れに対する障害物が設
けらる、という事実によって、第２の冷却効果が得られ
る。
【０００４】米国特許明細書第３，８３２，２９０号及
び第３，９１０，０３９号は、チャンバの全外周の周り
に規則正しく配置される概ね矩形状の流動体付与区画
（compartments) を構成するためにその外面に付設され
たリブを具える多孔性壁を包含する。外側の中間壁は、
多孔性壁の反対側の区画の外面を画成する。冷却流動体
を構成するための単一の較正オリフィスは、各区画に要
求される蒸散流速に調和するように、外側の中間壁を介
して各区画に形成される。この記載の装置は、一定の多
孔率の内側壁を有するチャンバの様々の領域に対して蒸
散流速を調和させることをある程度可能にするが、その
ような調和は、一の区画から他への不連続性そのもので
あり得る。更に、実施されるべき蒸散冷却を可能ならし
める公知の燃焼チャンバの製造は、大量の機械工作及び
高い製造コストを必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多孔
性壁の上記蒸散冷却装置の欠点を是正すること、及び、
（多孔性壁、付随的な熱流れ、冷却流動体）蒸散現象に
加わる様々の要素の熱物理的な特徴を考慮するために冷
却流動体の消費を最適化させ得ることにある。特に、本
発明の目的は、高温ガスを包含する容器の多孔性壁の蒸
散冷却システムの実施を簡単化すること、及び、独占的
ではないが特定のロケットエンジンスラストチャンバに
よって容器が構成され得るような容器の殆どの部分の多
孔性壁を介して冷却状態の連続的調和を容易に提供させ
得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、囲繞体の内
側部分を形成する多孔性壁と、多孔性壁を介して蒸散に
より冷却流動体を流すために多孔性壁の外面に冷却流動
体を適用する手段、とを有する、蒸散によって冷却され
る高温ガスを包含する囲繞体であって、上記冷却流動体
を適用する手段は、冷却流動体に耐え得る材料で構成さ
れ且つ多孔性壁の外面に適用される液圧較正シースと、
囲繞体の外側シーリング包体及び多孔性壁に取着される
液圧較正シースの間に形成される冷却流動体供給容量、
とを有する、囲繞体において、液圧較正シースは、複数
個の微孔が穿設され、その分配密度は、囲繞体の壁の様
々の領域にわたって前進的に異なり、該分配密度は、相
当高く、多孔性壁に近付く冷却されるべき熱流れは、相
当多く、ユニット領域当たりの既定流速は、囲繞体の壁
の様々の領域の液圧較正シースを介して確保され、スペ
ーサは、外側シーリング包体及び液圧較正シースの間に
配置され、多孔性壁は、液圧較正シースの微孔の最小寸
法よりも僅かに大きい寸法を有する金属ビードの結合に
よって形成される焼結材料によって構成されることを特
徴とする囲繞体によって解決される。
【０００７】本発明に従い、蒸散冷却流動体の流速は、
全消費量を最少化するために連続的及び前進的であるよ
うに局所的に制御され得る。局所的に要求される流動体
冷却の流速は、付随する熱流れに依存し、該流れは、所
定状態下の囲繞体の断面に依存して相当異なる。本発明
に従い、この流速は、シースを用いることにより囲繞体
の総ての断面において制御され、該シースは、多孔性壁
の外面に直接付加することにより空間的調節を具えた液
圧較正を提供し、その局所的な穿孔密度は、多孔性壁を
通しての冷却流動体の流速が、多孔性壁の内側に適用さ
れる熱流れと調和する形式で、各断面で画成され得るよ
うに、前進的に異なり得る。
【０００８】第１の可能な実施例において、上記外側シ
ーリング包体と較正シースとの間に画成される冷却流動
体供給容量は、囲繞体の壁の異なる領域にわたって異な
る部分の単一の区画を包含する。第２の可能な実施例に
おいて、上記囲繞体の壁の異なる領域に対応する異なる
圧力にある冷却流動体供給容量に区画を画成するために
外側シーリング包体と液圧較正シースとの間には、仕切
りが配置される。
【０００９】その場合、第１の変形例において、一の区
画から他の区画への冷却流動体速度の既定変化を提供す
るために上記仕切りには、較正オリフィスが形成され
る。第２の変形例において、上記シーリング包体の外側
の配管構造に連結されるバルブは、各区画の冷却流動体
が隣接区画の冷却流動体の流速から独立して調整自在で
ある既定流速を有するのを保証するために、囲繞体の壁
の異なる領域に対応する区画への独立供給を提供する。
【００１０】上記液圧較正シースの微孔は、数１０分の
１マイクロメートルのオーダーの小さい寸法を有し、且
つ、僅かに大きな寸法の上記ビードが貫通し得ないよう
な形状を有する。シース自体は、数１０分ミリメートル
のオーダーの厚さを有する。特定の実施例において、液
圧較正シースは、細長スロットで構成される微孔を有す
る。
【００１１】有益的なことに、スペーサは、切断部材で
形成され、且つ、液圧較正シースに垂直に配置される
か、あるいは、それらは、スキャロップ状カラーの形式
で形成される。好ましくは、冷却流動体は、燃料の一部
ではない低温流動体であり、特定のタンクから供給さ
れ、且つ、特定のポンプで駆動される。
【００１２】高温ガスを搬送するダクト、ボイラ、燃焼
チャンバ、ガス発生器チャンバ、予熱チャンバ、又はロ
ケットエンジンのスラストチャンバのような様々のタイ
プの囲繞体に適用可能である。冷却流動体が燃料構成要
素の１つによって構成されるようなロケットエンジンへ
の適用において、本発明は、冷却システムの主たる燃料
噴射システムとの間の完全な離脱を実現させ得る、とい
うことが理解され得る。
【００１３】特に、二重壁の間を流れる保守的な燃料構
成要素を有する冷却システムと比較し、冷却システムを
通る流速及び噴射システムを通る流速を別個に制御し
て、異なるフライト段階の関数として冷却流速を特に変
えることにより、また、イグニッションでは大きいが寿
命の向上のために壁に作用する熱衝撃を減少させるため
に後で前進的に減少するような冷却流速を例えば提供す
ることにより、これら２つの要素を最適化すること、及
び所定の燃焼圧力に関して、燃料供給ポンプの簡素化及
び小型化に寄与するように、冷却システム及び噴射シス
テムの液圧抵抗が並列であって直列でないので、ポンプ
システムからの出口で必要な最大の燃料圧力を低減する
こと、が可能になる。
【００１４】本発明の冷却装置は、ノズルの喉部及び燃
焼チャンバで構成される収束部分並びにノズルの分散部
分のために、ロケットエンジン内部で唯一の冷却システ
ムを用いることを特に可能にし、スラストチャンバ全部
に対して冷却状態を融通的に適用可能であり、他の公知
システムと比較して等しい性能にもかかわらず製造コス
ト及び作動コストの低減を一般的に図れる。
【００１５】外側シーリング包体と液圧較正シースとの
間のスペーサの存在は、これら２つの要素の間の間隔を
保持するのに寄与し、組立体の強度を改善し、ノズルの
分散部分の機械的応力の移動を可能にし、分散部分の底
端部の曲折の危険を阻止する。仕切りの存在は、この効
果を補強し、燃焼チャンバの様々の領域に対して蒸散速
度が調和するような状態の改善を可能にする。
【００１６】また、本発明は、上記のような総括的構
造、特に液圧較正シースを具える、蒸散によって冷却さ
れる高温ガスを包含する囲繞体を製造する方法を提供す
る。第１の可能な実施において、液圧較正シースは、所
定形状の剛性シェルを形成するために穿孔シート金属で
先ず形成され、スペーサ及び補助的な仕切りは、液圧較
正シースの外面に溶接によって取着され、外側シーリン
グ包体は、仕切り及びスペーサの外側に位置決め・溶接
され、多孔性壁は、液圧較正シースの内面に堆積させる
ことによって形成される。
【００１７】その場合、安価且つ有益である実施におい
て、液圧較正シースを形成するために、金属シートから
所定形状を切断し且つそれらを溶接接合すことによっ
て、先ずリングを形成し、該リングは、形成されるべき
チャンバの形状にその形状が対応するようなシースを画
成するために溶接によって相互に組み立てられ、レーザ
ーは、局所的な穿孔密度が異なる微孔を形成するように
シースを切断するために用いられる。
【００１８】スペーサ及び仕切りは、平面的なシート金
属で形成され、環状断面に切断され、次いで、補助的に
最初に曲げられた後に、液圧較正シース上の所定位置に
溶接接合される。外側シーリング包体は、液圧較正シー
スに取着される仕切り及びスペーサに溶接接合されるリ
ングを形成するために、平面的な金属シートから切断・
形成され、上記外側シーリング包体は、仕切り及びスペ
ーサに盲目的に溶接される。
【００１９】液圧較正シースが多孔性壁の前に製造され
るときに適用可能である、別の変形実施において、液圧
較正シース及び外側シーリング包体は、別々に形成され
てから溶接接合される２つの半シェルの形状を採用する
ために、超塑性変形又はハイドロホーミング法によって
形成される。多孔性壁が液圧較正シースの前に製造され
るような好適実施において、多孔性壁は、外側マトリク
スとして液圧較正シースを用いる粉末冶金技術によって
形成され、該シースは、内側マトリクスとして２分割マ
ンドレルを用いることにより、また仕切り及びスペーサ
により、外側シーリング包体に取着され、多孔性壁が形
成されるべきモールド容量は、侵入型寸法のろう付け材
料の粒子が付加される金属の球状のマイクロビードで構
成される粒状混合物で充填され、次いで組立体は、マイ
クロビードの間で橋渡しをろう付け材料から溶融形成す
るために加熱される。
【００２０】別の可能な実施において、多孔性壁は、先
ず形成され、その後、液圧較正シースは、高温弾性変形
によって多孔性壁の外面に適用され、スペーサは、液圧
較正シースの外側に補助的仕切りと共に付設され、その
後、外側シーリング包体は、外側の所定位置に配置され
且つスペーサに取着される。更に別の可能な実施におい
て、多孔性壁は、先ず形成され、次いで、液圧較正シー
スは、微孔を具える可撓性要素を多孔性壁の外面に取着
することによって形成され、スペーサは、シースを介し
て多孔性壁に仕切り及びスペーサを挿入することにより
液圧較正シースの外側に補助的仕切りと共に位置決めさ
れ、その後、外側シーリング包体は、外側の所定位置に
配置され且つスペーサに取着される。
【００２１】
【実施例】先ず、ロケットエンジンのスラストチャンバ
によって構成される高温ガスを包含する容器を例によっ
て示す図１乃至図３に対して言及が為される。高温ガス
流れに接触する燃焼チャンバの内部部分は、収束−分散
形状の円形の対称的な壁によって画成される内部容積に
燃焼ガスの流れを閉じ込める伝統的なノズルとして役立
ち、且つ多孔性壁１０を介する『蒸散』の目的のために
壁１０の外面に付与される冷却流動体と燃焼ガスから来
る熱流れとの間における熱交換を実施させ得る多孔性壁
１０を有する。多孔性壁１０は、浸透性構造から成り、
約１ミリメートル（mm) から２mmの厚さを有し、例えば
約１０ミクロン（μm)から１００μm の範囲にあり得る
粒寸法を有する。
【００２２】多孔性壁１０は、例えば焼結銅又はマイク
ロビードを用いるパワー冶金学（power metallurgy) に
よって実施されるその他の金属で形成され得る。本発明
に従い、燃焼チャンバを画成する数１０分の１ミリメー
トルの厚さを有した多孔性壁１０の形状と同様の形状を
有する液圧較正シース（sheath) ２０は、多孔性壁１０
の外面に付与される。
【００２３】冷却流動体に耐え得る材料で形成される液
圧較正シース２０は、例えば金属箔で構成され得る。シ
ース２０の全領域にわたって分配されるように、多数の
微孔２１が穿設される。シース２０は、蒸散が孔のみを
介して可能であることを保証するように、多孔性壁１０
の外面に付与される。シースの寸法及び材料は、高温作
動時に壁及びシースの間の異なる拡張によって創成され
る焼結応力が完全に許容されるように、選択される。冷
却流動体は、好ましくは低温流動体であるが、特別なポ
ンプで駆動され且つ特別なタンク内に包含される別の流
動体か、あるいは燃料構成要素の１つであり得る。
【００２４】シース２０の目的は、冷却流動体の消耗の
全体的な最適化を得るように、蒸散速度を局所的に調整
することである。微孔２１は、不均一な寸法及び／又は
密度を有し、それらは、壁１０の所定領域でシース２０
の孔２１によって提供されるような多孔性壁１０を通し
た蒸散領域が該領域の壁に近付く熱流れが増大するにつ
れて増大するように、分配される。例えば、図１及び２
に示されるように、微孔２１は、ノズルの喉部の周りに
おいて高密度になり得る。
【００２５】微孔２１は、見易くするために誇張した寸
法で描かれており、それらは、数１０分の１ミクロンと
いうように実際上極めて小さいものであり得るし、それ
らは、僅かに大きなビードがそれらを貫通し得ないよう
な寸法に形成される。図１から理解され得るように、冷
却燃料構成要素を供給するための環状チャンバは、液圧
較正シース２０と外側シーリング包体（envelope) ４０
との間に画成され、外側シーリング包体４０は、冷却流
動体を閉じ込めるのに寄与し、該流動体は、例えば液体
水素のような燃料構成要素であり得る。外側包体４０
は、機械的強度に関して総合的に寄与する。環状チャン
バの横断方向寸法は、例えば数ミリメートルのオーダー
であり得る。
【００２６】外側シーリング包体４０の全寸法は、収束
部分及び分散部分を有するノズルのそれと同様である。
外側包体４０の厚さは、１又は数ミリメートルのオーダ
ーであり得るし、スペーサ３０と共働する。スペーサ３
０は、環状供給チャンバの内側に配置され、外側シーリ
ング包体４０及び液圧較正シース２０と連結する。例え
ばスキャロップ状カラー（図３）の形式で形成され得る
スペーサ３０は、蒸散流動体の圧力を吸収し、分散部分
の底端部の変形の危険を特に回避するのに役立つ。もし
スペーサが共に十分に近接するならば、多孔性の内壁面
及び外壁は、相対的に薄くなり得る。該壁の厚さは、領
域から領域にわたって変動し得る。スペーサを例えばＨ
断面部材のような部材形式にすること、及びそれらを半
径方向すなわちシース２０に対して垂直に配置すること
も可能である。
【００２７】図１は、冷却燃料構成要素を供給するため
の環状チャンバを示す。それは、シース２０燃料構成要
素のために実質的に一定の速度を維持するように異なる
流れ断面を有する容量を有し、これにより、シース２０
の全長に沿って、実質的に一定の動的圧力を具えた流動
体の供給が得られる。従って、微孔２１の異なる密度の
みが、シースが押圧される壁１０の様々の壁のユニット
領域当たりの流速の局所的制御を提供するのに役立ち、
ユニット領域当たりの局所的流速を極めて進歩的に変化
させることを可能にさせる。
【００２８】図１乃至図３の実施例において、冷却燃料
構成要素は、環状供給チャンバの上部に入射され、これ
により、該環状供給チャンバの断面は、燃焼チャンバの
上端部で最大となり、分散部分の底端部に向かって進歩
的に落下する。さて、図４乃至図１２を参照すると、多
孔性壁１０及びノズルの軸線に実質的に垂直な面内に流
動体不通性（fluid-tight)の仕切り５０が配置され、該
仕切り５０が、液圧較正シース２０及び外側シーリング
包体４０の間のスラストチャンバに沿って異なるレベル
で一対のスペーサ３１，３２の間に配置されるような第
２実施例が見受けられよう。
【００２９】スペーサ３１，３２と同様に、仕切り５０
は、全構造を強化するのに寄与するが、それらは、特に
環状流動体供給チャンバの内部に複数個の環状区画３３
を画成するのに役立ち、異なる圧力にある該区画は、多
孔性壁１０の対応する領域に作用する高温ガスによって
スラストチャンバ内部に創成される圧力に対して良好な
調和が達成され得るようにするために、スラストチャン
バに沿って配設される。シース２０を介して多孔性壁１
０に付与される冷却流動体のユニット領域当たりの局所
的速度は、微孔の密度によって各供給区画の内部で自然
的に制御され続ける。
【００３０】従って、液圧較正シースの外側の冷却流動
体供給区画３３を画成する仕切り５０を有する実施例
は、蒸散冷却処理の制御における多大なフレキシビリテ
ィを提供する。仕切り５０によって分離される各区画３
３は、較正拡張オリフィスを介して相互連通する様々の
区画によって内部的にそれに供給される流動体を有し得
る。しかしながら、そのような実施例は、様々の区画３
３の各々に対する供給率の独立調整を可能にしない。
【００３１】従って、図１７に示されるように、各区画
３３は、供給経路７０を介してシーリング包体４０の外
部で流動体が供給され得る。各供給経路７０は、別個の
バルブ６のような流速分配装置を介して適当な調和形式
で対応する区画３３に流動体を供給し得る。冷却燃料構
成要素を供給するダクト、流速分配装置、及び環状供給
チャンバは、推進チャンバの様々の異なる領域における
液圧較正シース２０を貫通する流速を最適化する目的の
ために様々の異なる構成を採用し得る。シース２０、そ
れ自体は、推進チャンバの総ての領域における多孔性壁
１０を貫通する蒸散流動体に関するユニット当たりの流
速の精密な制御を提供する。
【００３２】例として、本発明の冷却システムは、燃料
が水素であり且つ壁の温度が７００Ｋであるときに、全
燃料構成要素流速の５％から１０％を費消し得る。その
ような状態の下で、壁を通る熱の流れは、分散部分から
出口で１０メガワット／平方メートル（ＭＷ／ｍ2)、喉
部で６０ＭＷ／ｍ2 である範囲に存在し得る。壁を通し
た圧損（head loss)は数ミリバールのオーダーであり、
ユニット領域当たりの流速は、１秒あたり１kg／mm2 の
オーダーである。
【００３３】以下、本発明の蒸散冷却システムを実施す
るロケットエンジンのスラストチャンバのような囲繞体
を製造する様々の方法が例によって記載される。第１の
製造方法において、焼結金属で形成され得る多孔性壁１
０は、液圧較正シース２０が上に配置されるコアを構成
するように、伝統的技術を用いて予め実施される。
【００３４】第１の実施において、シースは、高温時の
弾性変形によって壁に付加される。作動中において蒸散
流動体によって冷却されるシース２０よりも多孔性壁１
０が常に高温度である、ということが理解され得る。従
って、高温時に所望の帯応力(banding stress) 又は輪
応力 (hooping stress) を容易に得ることができる。別
の変更実施例において、シース２０は、多孔性壁１０上
に積層される可撓性要素で形成され得る。シース２０が
切断要素で形成され得るか又は壁に巻かれるテープで形
成され得る場合において、推進チャンバの形状を提供す
ることは、それを可能にする。
【００３５】スペーサ３１，３２、仕切り５０、及び外
側シーリング包体４０、加えて供給容量に流れを導入及
び分配するための装置は、シース上のみに要素が取着さ
れるような以下の実施例と同様の形式でそのシース２０
が嵌合される多孔性壁１０によって構成されるベース組
立体の上に配設され得る。本発明に係る組立シーケンス
の一例は、図５に示されるような所定長さのチャンバに
対する連続的な作動を示す図６乃至図１１に示される。
【００３６】第２のタイプの製造方法において、初期ス
テップで形成される液圧較正シース２０は、その内面に
後で形成される多孔性壁１０を有する剛性シェルを構成
する。そのような状況下において、シース２０は、ハイ
ドロホーミング成形又は超塑性変形によって形成され得
る。しかしながら、そのような方法は、後で除去される
必要のある内部応力を増加させ得る。
【００３７】従って、好適実施において、シース２０
は、切断及び溶接の技術によって円錐台状リングを製造
するために用いられる平面的な金属箔で形成され、該リ
ングは、最終的な収束及び分散形状を形成するために共
に後で溶接される。そのような方法は、安価な解決策を
構成し、且つ内部応力を増大させない利点を有する。微
孔２１は、例えばレーザ切断によってシース２０に穿設
され得る。所定穿孔パターンの穿孔密度は、経験的に確
立される。微孔２１は、多孔性壁１０が焼結金属で形成
されるときに球形状マイクロビード１１によって閉じら
れるのを防止するために、例えば矩形形状（図２２乃至
図２５）で有益的に細長化され得る。そのような状況下
において、球形状マイクロビード１１の寸法は、スロッ
ト２１の小寸法よりも僅かに大きくなければならない。
【００３８】微孔２１は、多かれ少なかれ注文されたよ
うなパターンに配置され得る（図２２及び図２３）。孔
２１の密度、ある程度の方向性、それらの寸法は、推進
チャンバの様々の異なる領域に要求されるものとユニッ
ト領域当たりの流速とを調和させるように適合され得
る。これらのパラメータは、考慮中の領域において多孔
性壁が従属する熱流れに依存すると共に、燃焼チャンバ
及び燃料構成要素供給区画３３の間の圧力差に依存す
る。
【００３９】レーザ穿孔方法は、総ての状況下において
広範囲の構成を提供することができる。スペーサ３１，
３２及び仕切り５０は、扇形角度部に切断されてスペー
サ３１，３２用に予め曲折される平面的なしーと金属で
形成され、該スペーサは、液圧較正シース２０上の所定
位置に後で溶接されるスキャロップ状カラーの形式で有
益的に形成される。
【００４０】図６乃至図１１は、外側包体４０の実施前
に、スペーサ３２、次に仕切り５０、そして第２のスペ
ーサ３１が配設されるのを示しており、この場合におい
て、シース２０は、内壁１０に既に形成されているが、
もしシース２０が剛性シェルの形式でそれ自体に初期的
に形成されるならば、処理は同じである。図１３乃至図
１６もまた、スペーサ３１，３２及び仕切り５０が穿孔
シース２０に、次いで外側包体４０に溶接されるような
領域を示している。
【００４１】外側シーリング包体４０は、シース２０の
ために用いられる同様の方法を用いて形成され得る。超
塑性変形又はハイドロホーミング成形が用いられると
き、２つの半分のシェルは、別個に形成され、次いでそ
れらは、溶接・結合される。ロボット製造に最適な安価
な解決策は、平面的な箔から所定形状を切断することに
よって得られる円錐台状リングを相互組立する方法によ
って構成される。
【００４２】包体４０が所定位置に置かれる前に、スペ
ーサ３１，３２及び仕切り５０が、包体４０に対して盲
目的に溶接され、スペーサの位置が、例えば超音波式に
検出される、ということが理解され得る。シース２０、
包体４０、スペーサ３１，３２及び仕切り５０によって
構成される組立体が一度組み立てられると、多孔性壁１
０は、例えば粉末冶金技術又はプラズマ成形によって為
され得る、シース２０の内側に付着物を付加することに
よって形成される。
【００４３】図１８乃至図２１を参照して例に従い、収
束部及び分散部にそれぞれ対面するように配置される２
分割式の内側マンドレル１０１，１０２並びに予め製造
されて嵌合された液圧較正シース２０によって構成され
る外側マトリクスで第１に予め形成されたモールド容量
（mold volume)を利用する付着物の蒸散多孔性壁１０の
製造について、以下記載される。
【００４４】組立体は、外側マトリクスの位置決め用の
環状溝１０３を有する工具１１０と、マンドレルの２つ
の部分１０１及び１０２の位置決め用の中央ハブ１０
４、とによって位置決めされる（図１８）。モールド容
量は、ろう付け金属１２の侵入型寸法の粒子が付加され
る金属材料の球状マイクロビード１１によって構成され
る、ホッパー１０５からの粒状混合物で充填される（図
２１）。
【００４５】モールド容量の最大充填を実現するため
に、全装置は、工具１１０によって揺れ動かされ得る
か、あるいは回転駆動され得る。アルキメデスのねじシ
テステムを構成する螺旋溝１０６は、マイクロビードの
発達を促進すると共にろう付け材料１２及びマイクロビ
ード間の接触を促進するために、マンドレル１０１，１
０２上に形成される（図１９）。
【００４６】次いで、組立体は、マイクロビード１１の
間の材料１２の橋渡しを形成するろう付け材料を溶融す
るために加熱される。加熱は、エネルギー的観点から迅
速且つ廉価な方法を構成する、マンドレル１０１，１０
２の内側に配置される加熱抵抗体１０７，１０８又は炉
内に組立体を入れることによって為され得る（図２
０）。
【００４７】最終的ステップの間において、１以上のフ
ランジは、冷却流動体供給経路に付設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ロケットエンジン燃焼チャンバに適用
された本発明の蒸散冷却装置の特定の実施例の軸方向半
断面図である。
【図２】図２は、図１の実施例の分解図である。
【図３】図３は、図１の III−III 線に沿う前進的に剥
ぎ取った断面図である。
【図４】図４は、冷却燃料構成要素の供給容量の分離仕
切りの実施を示している本発明の第２の実施例の図解的
な軸方向断面図である。
【図５】図５は、分離仕切り及びスペーサの一例を示し
ている、図４の要部拡大詳細図である。
【図６】図６は、図５の仕切り部分に関して示されたよ
うな本発明の囲繞体の特定の実施方法における一の工程
を示す図である。
【図７】図７は、図５の仕切り部分に関して示されたよ
うな本発明の囲繞体の特定の実施方法における別の工程
を示す図である。
【図８】図８は、図５の仕切り部分に関して示されたよ
うな本発明の囲繞体の特定の実施方法における更に別の
工程を示す図である。
【図９】図９は、図５の仕切り部分に関して示されたよ
うな本発明の囲繞体の特定の実施方法における他の工程
を示す図である。
【図１０】図１０は、図５の仕切り部分に関して示され
たような本発明の囲繞体の特定の実施方法における更に
他の工程を示す図である。
【図１１】図１１は、図５の仕切り部分に関して示され
たような本発明の囲繞体の特定の実施方法における他の
別の工程を示す図である。
【図１２】図１２は、図４の XII−XII 線に沿う、本発
明の第２実施例の前進的に剥ぎ取った断面図である。
【図１３】図１３は、外側シーリング壁及び内側較正壁
の間に配置される仕切りスペーサ組立体の一部の平面図
である。
【図１４】図１４は、外側シーリング壁及び内側較正壁
の間に配置される仕切りスペーサ組立体の一部の側面断
面図である。
【図１５】図１５は、スペーサの溶接接合及び該要素を
具えた仕切りを示す、外側包体への図１３の投影図であ
る。
【図１６】図１６は、スペーサの溶接接合及び該要素を
具えた仕切りを示す、液圧較正シースへの図１３の投影
図である。
【図１７】図１７は、燃料構成要素供給容量を分離する
仕切り及び該供給容量の各区画の独立した流動体供給手
段を具える、本発明の冷却装置が装着されたロケットエ
ンジン燃焼チャンバの軸方向半断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の蒸散冷却装置が装着され
たロケットエンジン燃焼チャンバ用の多孔性壁を製造す
るための装置の一例を示す軸方向半断面図である。
【図１９】図１９は、図１８の装置の使用に適したマイ
クロビード供給装置の詳細図である。
【図２０】図２０は、後続の製造工程における図１８の
装置の軸方向半断面図である。
【図２１】図２１は、本発明が適用される多孔性壁の内
部のマイクロビードの間の結合の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の冷却装置の液圧較正シー
スを介して形成される細長微孔の実例を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の冷却装置の液圧較正シー
スを介して形成される細長微孔の別の実例を示す図であ
る。
【図２４】図２４は、本発明に係る多孔性壁に押圧され
る液圧較正シースと微孔と共働する多孔性壁のマイクロ
ビードを示す垂直面における断面図である。
【図２５】図２５は、本発明に係る多孔性壁に押圧され
る液圧較正シースと微孔と共働する多孔性壁のマイクロ
ビードを示す別の垂直面における断面図である。
【符号の説明】
６…バルブ １０…多孔性壁 ２０…シース ２１…微孔 ３０，３１，３２…スペーサ ３３…区画 ４０…外側シーリング包体 ５０…仕切り ７０…供給経路

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 囲繞体の内側部分を形成する多孔性壁
    （１０）と、多孔性壁（１０）を介して蒸散により冷却
    流動体を流すために多孔性壁（１０）の外面に冷却流動
    体を適用する手段、とを有する、蒸散によって冷却され
    る高温ガスを包含する囲繞体であって、 上記冷却流動体を適用する手段は、冷却流動体に耐え得
    る材料で構成され且つ多孔性壁（１０）の外面に適用さ
    れる液圧較正シース（２０）と、囲繞体の外側シーリン
    グ包体（４０）及び多孔性壁に取着される液圧較正シー
    ス（２０）の間に形成される冷却流動体供給容量、とを
    有する、囲繞体において、 液圧較正シースは、複数個の微孔（２１）が穿設され、
    その分配密度は、囲繞体の壁の様々の領域にわたって前
    進的に異なり、該分配密度は、相当高く、多孔性壁に近
    付く冷却されるべき熱流れは、相当多く、ユニット領域
    当たりの既定流速は、囲繞体の壁の様々の領域の液圧較
    正シースを介して確保され、 スペーサ（３０；３１；３２）は、外側シーリング包体
    （４０）及び液圧較正シース（２０）の間に配置され、 多孔性壁（１０）は、液圧較正シース（２０）の微孔
    （２１）の最小寸法よりも僅かに大きい寸法を有する金
    属ビード（１１）の結合によって形成される焼結材料に
    よって構成されることを特徴とする囲繞体。
  2. 【請求項２】 上記囲繞体の壁の異なる領域に対応する
    異なる圧力にある冷却流動体供給容量に区画を画成する
    ために外側シーリング包体（４０）と液圧較正シース
    （２０）との間には、仕切り（５０）が配置されること
    を特徴とする請求項１記載の囲繞体。
  3. 【請求項３】 上記外側シーリング包体（４０）と較正
    シース（２０）との間に画成される冷却流動体供給容量
    は、囲繞体の壁の異なる領域にわたって異なる部分の単
    一の区画を包含することを特徴とする請求項１記載の囲
    繞体。
  4. 【請求項４】 一の区画から他の区画への冷却流動体速
    度の既定変化を提供するために上記仕切り（５０）に
    は、較正オリフィスが形成されることを特徴とする請求
    項２記載の囲繞体。
  5. 【請求項５】 上記シーリング包体（４０）の外側の配
    管構造（７０）に連結されるバルブ（６０）は、各区画
    の冷却流動体が隣接区画の冷却流動体の流速から独立し
    て調整自在である既定流速を有するのを保証するため
    に、囲繞体の壁の異なる領域に対応する区画への独立供
    給を提供することを特徴とする請求項２記載の囲繞体。
  6. 【請求項６】 上記液圧較正シース（２０）は、細長ス
    ロットで構成される微孔（２１）を有することを特徴と
    する請求項１から５のいずれか１項に記載の囲繞体。
  7. 【請求項７】 上記液圧較正シース（２０）の微孔（２
    １）は、数１０分の１マイクロメートルのオーダーの小
    さい寸法を有し、且つ、僅かに大きな寸法の上記ビード
    が貫通し得ないような形状を有することを特徴とする請
    求項１から６のいずれか１項に記載の囲繞体。
  8. 【請求項８】 上記液圧較正シース（２０）は、数１０
    分の１ミリメートルのオーダーの厚さを有することを特
    徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の囲繞
    体。
  9. 【請求項９】 上記スペーサ（３０，３１，３２）は、
    スキャロップ状カラーの形式で形成されることを特徴と
    する請求項１から８のいずれか１項に記載の囲繞体。
  10. 【請求項１０】 上記スペーサは、切断部材で形成さ
    れ、且つ、液圧較正シース（２０）に垂直に配置されて
    いることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に
    記載の囲繞体。
  11. 【請求項１１】 上記冷却流動体は、特定のタンクから
    供給され、且つ、特定のポンプで駆動されることを特徴
    とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の囲繞
    体。
  12. 【請求項１２】 上記冷却流動体は、低温流動体である
    ことを特徴とする請求項１１記載の囲繞体。
  13. 【請求項１３】 ロケットエンジンのスラストチャンバ
    に適用されることを特徴とする請求項１から１２のいず
    れか１項に記載の囲繞体。
  14. 【請求項１４】 上記液圧較正シース（２０）は、所定
    形状の剛性シェルを形成するために穿孔シート金属で先
    ず形成され、スペーサ（３１，３２）及び補助的な仕切
    り（５０）は、液圧較正シース（２０）の外面に溶接に
    よって取着され、外側シーリング包体（４０）は、仕切
    り（５０）及びスペーサ（３１，３２）の外側に位置決
    め・溶接され、多孔性壁（１０）は、液圧較正シース
    （２０）の内面に堆積させることによって形成されるこ
    とを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の
    囲繞体の製造方法。
  15. 【請求項１５】 上記液圧較正シース（２０）を形成す
    るために、金属シートから所定形状を切断し且つそれら
    を溶接接合することによって、先ずリングを形成し、該
    リングは、形成されるべきチャンバの形状にその形状が
    対応するようなシースを画成するために溶接によって相
    互に組み立てられ、レーザーは、局所的な穿孔密度が異
    なる微孔（２１）によって形成するようにシースを切断
    するために用いられることを特徴とする請求項１４記載
    の製造方法。
  16. 【請求項１６】 上記外側シーリング包体（４０）は、
    液圧較正シース（２０）に取着される仕切り及びスペー
    サに溶接接合されるリングを形成するために、平面的な
    金属シートから切断・形成され、上記外側シーリング包
    体（４０）は、仕切り（５０）及びスペーサ（３１，３
    ２）に盲目的に溶接されることを特徴とする請求項１４
    または１５のいずれか１項に記載の製造方法。
  17. 【請求項１７】 上記液圧較正シース（２０）及び外側
    シーリング包体（４０）は、別々に形成されてから溶接
    接合される２つの半シェルの形状を採用するために、超
    塑性変形又はハイドロホーミング法によって形成される
    ことを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
  18. 【請求項１８】 上記多孔性壁（１０）は、外側マトリ
    クスとして液圧較正シースを用いる粉末冶金技術によっ
    て形成され、該シースは、内側マトリクスとして２分割
    マンドレル（１０１，１０２）を用いることにより、ま
    た仕切り（５０）及びスペーサ（３１，３２）により、
    外側シーリング包体（４０）に取着され、多孔性壁（１
    ０）が形成されるべきモールド容量は、侵入型寸法のろ
    う付け材料の粒子が付加される金属の球状のマイクロビ
    ード（１１）で構成される粒状混合物で充填され、次い
    で組立体は、マイクロビード（１１）の間の橋渡し（１
    ２）をろう付け材料から溶融形成するために加熱される
    ことを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項に
    記載の製造方法。
  19. 【請求項１９】 上記多孔性壁（１０）は、先ず形成さ
    れ、その後、液圧較正シース（２０）は、高温弾性変形
    によって多孔性壁（１０）の外面に適用され、スペーサ
    （３０）は、液圧較正シース（２０）の外側に補助的仕
    切り（５０）と共に付設され、その後、外側シーリング
    包体（４０）は、外側の所定位置に配置され且つスペー
    サ（３０）に取着されることを特徴とする請求項１から
    ５のいずれか１項に記載の製造方法。
  20. 【請求項２０】 上記多孔性壁（１０）は、先ず形成さ
    れ、次いで、液圧較正シース（２０）は、微孔を具える
    可撓性要素を多孔性壁（１０）の外面に取着することに
    よって形成され、スペーサ（３０）は、シースを介して
    多孔性壁に仕切り及びスペーサを挿入することにより液
    圧較正シース（２０）の外側に補助的仕切り（５０）と
    共に位置決めされ、その後、外側シーリング包体（４
    ０）は、外側の所定位置に配置され且つスペーサ（３
    ０）に取着されることを特徴とする請求項１から５のい
    ずれか１項に記載の製造方法。
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