RU2249166C2 - Теплообменник из композитного материала, способ его изготовления и элемент реактивного двигателя, содержащий теплообменник - Google Patents

Теплообменник из композитного материала, способ его изготовления и элемент реактивного двигателя, содержащий теплообменник Download PDF

Info

Publication number
RU2249166C2
RU2249166C2 RU2000118216/06A RU2000118216A RU2249166C2 RU 2249166 C2 RU2249166 C2 RU 2249166C2 RU 2000118216/06 A RU2000118216/06 A RU 2000118216/06A RU 2000118216 A RU2000118216 A RU 2000118216A RU 2249166 C2 RU2249166 C2 RU 2249166C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite material
heat exchanger
paragraphs
supporting structure
channels
Prior art date
Application number
RU2000118216/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000118216A (ru
Inventor
Жан-Пьер ВИДАЛЬ (FR)
Жан-Пьер ВИДАЛЬ
Жан-Мишель ЛАРЬЁ (FR)
Жан-Мишель ЛАРЬЁ
Жан-Пьер СЬЕ (FR)
Жан-Пьер СЬЕ
Original Assignee
Сосьете Насьональ Д`Этюд Е Де Конструксьон Де Мотор Д`Авиасьон-С.Н.Е.К.М.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сосьете Насьональ Д`Этюд Е Де Конструксьон Де Мотор Д`Авиасьон-С.Н.Е.К.М.А. filed Critical Сосьете Насьональ Д`Этюд Е Де Конструксьон Де Мотор Д`Авиасьон-С.Н.Е.К.М.А.
Publication of RU2000118216A publication Critical patent/RU2000118216A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2249166C2 publication Critical patent/RU2249166C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78Other construction of jet pipes
    • F02K1/82Jet pipe walls, e.g. liners
    • F02K1/822Heat insulating structures or liners, cooling arrangements, e.g. post combustion liners; Infrared radiation suppressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/005Combined with pressure or heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/007Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel constructed mainly of ceramic components
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24149Honeycomb-like
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Изобретение предназначено для применения в теплообменниках, в которых используются аппараты теплового обмена, основанные на циркуляции текучей среды, предназначенные для использования в тяжелых термических условиях окружающей среды, например реакторы ядерного превращения, а также системы привода, в частности элементы стенок камеры сгорания реактивных двигателей, а именно прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Теплообменник из композитного материала содержит промежуточную часть из огнеупорного композитного материала, в которой выполнены каналы циркуляции текучей среды, причем промежуточная часть заключена между частью из огнеупорного композитного материала, образующей тепловой экран, и частью из термоконструкционного композитного материала, образующей несущую конструкцию теплообменника, при этом составные части теплообменника соединены в одно целое посредством припаивания, причем промежуточная часть изготовлена из композитного материала С/С, а образующая тепловой экран часть изготовлена из композитного материала с керамической матрицей из композитного материала C/SiC или из композитного материала С/С. Элемент стенки камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя содержит в качестве составной части теплообменник по любому из пунктов заявленной формулы. Способ изготовления теплообменника из композитного материала содержит следующие этапы: изготавливают промежуточную часть из огнеупорного композитного материала, оснащенную каналами циркуляции текучей среды, изготавливают часть теплового экрана из огнеупорного композитного материала, изготавливают часть несущей конструкции из термоконструкционного композитного материала, производят сборку различных частей (с соединением) посредством припаивания, помещая промежуточную часть между частью теплового экрана и частью несущей конструкции. Изобретение позволяет создать теплообменник, который может использоваться в тяжелых термических условиях окружающей среды, а также теплообменник, в котором реализация различных термических и конструктивных функций может быть оптимизирована при существенном снижении массы, габаритов, стоимости и простоты его изготовления. 3 с. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к теплообменникам, в которых используются аппараты теплового обмена, основанные на циркуляции текучей среды, и которые предназначены для использования в тяжелых термических условиях окружающей среды.
Специфическими, но не исключительными областями применения изобретения являются системы превращения материалов, например реакторы ядерного превращения, а также системы привода, в частности элементы стенок камеры сгорания реактивных двигателей, а именно прямоточных воздушно-реактивных двигателей.
Уровень техники
Применяемые в данных областях техники теплообменники обычно изготавливают из металла, по меньшей мере, частично. В то же время термические и механические свойства металлов и сплавов ограничивают область их применения как по критерию их рабочих характеристик, так и в отношении безопасности. Кроме того, металлические теплообменники тяжелы и громоздки, и это отрицательно сказывается при использовании, по меньшей мере, в определенных условиях применения.
Известны попытки использования огнеупорных композитных материалов в качестве единственных материалов или в сочетании с металлами для изготовления теплообменников, предназначенных для использования в тяжелых термических условиях окружающей среды, в частности, для стенки реактора ядерного превращения. Так, в патентной заявке WO № 98/03297 описан способ изготовления такого теплообменника посредством крепления припаиванием деталей из композитного материала углерод/углерод (С/С) на металлической основе (медной) с охлаждением за счет циркуляции текучей среды. В этом техническом решении применяется металл. Известен также патент США №5583895, в котором для той же области применения описана конструкция теплообменника в виде блока из композитного материала С/С, в котором образованы проходы для циркуляции текучей среды. Стенки проходов уплотнены металлическим покрытием, например медным, которое припаивают к композитному материалу С/С.
Сущность изобретения
Основной задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание теплообменника, который может использоваться в тяжелых термических условиях окружающей среды.
Изобретение направлено также на решение задачи создания теплообменника, в котором реализация различных термических и конструктивных функций может быть оптимизирована для существенного снижения массы, габаритов и стоимости.
Кроме того, изобретение направлено на решение задачи создания простого в изготовлении теплообменника.
В число задач, решаемых изобретением, входят также разработка способа изготовления теплообменника по изобретению и разработка усовершенствованного элемента стенки камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
В соответствии с изобретением теплообменник отличается тем, что он содержит промежуточную часть из огнеупорного композитного материала, в которой выполнены каналы циркуляции текучей среды, причем промежуточная часть заключена между частью из огнеупорного композитного материала, образующей тепловой экран, и частью из термоконструкционного композитного материала, образующей несущую конструкцию теплообменника, при этом составные части теплообменника соединены в одно целое посредством припаивания.
Термоконструкционный композитный материал представляет собой композитный материал, механические характеристики которого дают возможность изготавливать из него элементы конструкций и который сохраняет свои свойства при повышенных температурах. В общем случае термоконструкционные композитные материалы являются композитными материалами, которые имеют волокнистый каркас из огнеупорных волокон, таких как углеродные или керамические волокна, уплотненный огнеупорной матрицей, такой как матрица из углерода или керамики.
Примерами термоконструкционных композитных материалов являются композитные материалы углерод/углерод (С/С) с волокнистым каркасом и матрицей из углерода и композитные материалы с керамической матрицей (КМК), например матрицей из карбида кремния (SiC).
В оптимальном исполнении образующая несущую конструкцию часть изготовлена из композитного материала С/С, например из композитного материала, содержащего волокнистый каркас, который содержит несколько наложенных друг на друга волокнистых слоев, соединенных между собой волокнами, проходящими поперечно слоям, как это описано, например, в патенте США №4790052. Данный термоконструкционный композитный материал может быть представлен также в виде материала с сотовыми заполнителями.
Рекомендуется далее, чтобы промежуточная часть также была из композитного материала с керамической матрицей, который здесь используется скорее благодаря своим огнеупорным, чем конструктивным свойствам.
Возможен вариант выполнения образующей несущую конструкцию части и промежуточной части в виде единого блока из композитного материала С/С, к которому припаивают часть, образующую тепловой экран.
Желательно также, чтобы часть, образующая тепловой экран, была изготовлена из композитного материала типа КМК, например материала C/SiC или SiC/SiC (каркас из углеродных волокон или волокон карбида кремния, уплотненный матрицей из карбида кремния). По сравнению с композитными материалами С/С такие материалы лучше подходят для использования при воздействии интенсивного теплового потока и, в частности, в окисляющей атмосфере. Преимущество теплообменника в соответствии с изобретением заключается в возможности выбора материалов, наиболее подходящих для обеспечения тепловых и механических функций теплообменника, и, следовательно, позволяют оптимизировать его конструкцию в отношении рабочих характеристик и габаритных размеров.
Согласно еще одной особенности теплообменника по изобретению каналы циркуляции жидкости выполнены в поверхности промежуточной части, например, способом механической обработки и частично ограничены смежной стенкой одной из двух других частей. При этом выполнение каналов циркуляции жидкости особенно просто.
При необходимости каналы циркуляции текучей среды могут быть снабжены непроницаемым покрытием, например, в виде тонкого слоя металлического покрытия. Такое покрытие мажет быть сформировано на всех поверхностях сборки частей с тем, чтобы упростить припаивание путем образования слоя сцепления для припоя.
Кроме того, желательно, чтобы образующая несущую конструкцию часть была выполнена в виде конструкции с сотовыми заполнителями, а образующая несущую конструкцию часть изготовлена из композитного материала, содержащего волокнистый каркас, который содержит несколько наложенных друг на друга волокнистых слоев, соединенных между собой волокнами, проходящими поперечно слоям.
Элемент стенки камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что содержит в качестве составной части теплообменник по любому из описанных выше вариантов.
Предлагаемый настоящим изобретением способ изготовления теплообменника из композиционного материала характеризуется тем, что содержит следующие этапы:
изготавливают промежуточную часть из огнеупорного композитного материала, оснащенную каналами циркуляции текучей среды,
изготавливают часть теплового экрана из огнеупорного композитного материала,
изготавливают часть несущей конструкции из термоконструкционного композитного материала,
производят сборку различных частей (с соединением) посредством припаивания, помещая промежуточную часть между частью теплового экрана и частью несущей конструкции.
Промежуточную часть, а также часть, образующую несущую конструкцию, предлагается изготавливать из композитного материала С/С. Часть, образующую несущую конструкцию, предлагается изготавливать из композитного материала С/С, имеющего уплотненный матрицей волокнистый каркас. Данный каркас изготавливают посредством наложения друг на друга и проработки иглопробиванием нескольких волокнистых слоев. При этом данную часть предпочтительно изготавливать в виде конструкции с сотовыми заполнителями.
Часть теплового экрана изготавливают из композитного материала с керамической матрицей.
Согласно одному из предпочтительных вариантов способа по изобретению на поверхностях частей, подлежащих соединению пайкой, формируют металлический слой сцепления припоя.
Каналы циркуляции текучей среды предпочтительно выполняют посредством механической обработки в поверхности промежуточной части, которая перекрывается смежной поверхностью другой части. На стенках указанных каналов, посредством осаждения металлического слоя, формируют непроницаемое покрытие. В этом случае металлический слой сцепления припоя формируют на поверхности промежуточной части после выполнения каналов механической обработкой и на смежной поверхности таким образом, что данный металлический слой образует также непроницаемое покрытие стенок каналов циркуляции текучей среды.
Кроме того, часть теплового экрана изготавливают из композитного материала с керамической матрицей, а часть, образующую несущую конструкцию, изготавливают из композитного материала С/С в виде конструкции с сотовыми заполнителями.
Согласно одному из вариантов выполнения образующую несущую конструкцию часть изготавливают из композитного материала, имеющего уплотненный матрицей волокнистый каркас, причем волокнистый каркас изготавливают посредством наложения друг на друга и проработки иглопробиванием нескольких волокнистых слоев.
При необходимости на поверхностях частей, подлежащих соединению пайкой, формируют металлический слой сцепления припоя.
Кроме того, каналы циркуляции текучей среды формируют посредством механической обработки в поверхности промежуточной части, которая перекрывается смежной поверхностью другой части, а металлический слой формируют на поверхности промежуточной части после выполнения каналов механической обработкой и на смежной поверхности таким образом, что металлический слой образует также непроницаемое покрытие стенок каналов циркуляции текучей среды.
Перечень фигур
Примеры выполнения настоящего изобретения будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает в разрезе элемент теплообменника согласно первому примеру осуществления изобретения,
фиг.2 представляет этапы способа изготовления элемента теплообменника по фиг.1,
фиг.3 изображает в разобранном виде элемент камеры сгорания реактивного двигателя, образующий теплообменник в соответствии со вторым примером осуществления изобретения, и
фиг.4 схематично изображает камеру прямоточного воздушно-реактивного двигателя и частичный вид элемента стенки камеры сгорания, образующей теплообменник в соответствии с третьим примером осуществления изобретения.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг.1 показан в разрезе единый блок 10, представляющий собой элемент теплообменника. Блок 10 может являться элементом стенки оболочки, в которой существуют тяжелые термические условия. Так, например, он может быть элементом стенки камеры содержания плазмы в реакторе ядерного превращения.
Теплообменный блок 10 содержит тепловой экран 12, внешняя поверхность 12а которого подвержена воздействию теплового потока, промежуточную часть 14 с каналами 16 циркуляции текучей среды и несущую конструкцию 18. Промежуточная часть 14 заключена между тепловым экраном 12 и несущей конструкцией 18 и соединена с ними пайкой. Каналы 16 циркуляции текучей среды выполнены механической обработкой в той поверхности промежуточной части 14, которая расположена со стороны теплового экрана 12, и перекрыты внутренней поверхностью 12b теплового экрана, так что эта внутренняя поверхность 12b также частично ограничивает каналы 16. Каналы 16 предназначены для сообщения с системой циркуляции теплоотводящей текучей среды.
Тепловой экран 12, подверженный воздействию наиболее тяжелых термических условий, выполнен из огнеупорного композитного материала, предпочтительно из композитного материала с керамической матрицей (КМК), например из композитного материала типа C/SiC с волокнистым каркасом из углеродных волокон, уплотненным матрицей из карбида кремния.
Промежуточная часть также представляет собой огнеупорный композитный материал, например композитный материал С/С с волокнистым каркасом из углеродных волокон, уплотненным матрицей из углерода.
Несущая конструкция изготовлена из термоконструкционного композитного материала и выполнена таким образом, чтобы обеспечивать конструктивную функцию блока 10. Так, например, можно использовать несущую конструкцию в виде конструкции с сотовыми заполнителями из композитного материала С/С. Способ изготовления такой конструкции описан в патенте США №5415715. Можно также использовать несущую конструкцию в виде композитного материала С/С, в которой волокнистый каркас образован плоскими слоями волокнистой структуры, связанными между собой волокнами, проходящими поперечно слоям. Слои могут быть образованы, например, сетчатыми слоями, наложенными друг на друга в различных направлениях холстами с односторонним направлением волокна, войлочными слоями и т.д., при этом предпочтительно слои соединены между собой посредством иглопробивания. Способ изготовления такого композитного материала С/С описан в патенте США №4790052.
На фиг.2 представлены этапы способа изготовления блока 10 теплообменника.
Тепловой экран из материала КМК, например композитного материала C/SiC, промежуточную часть из композитного материала С/С и несущую конструкцию из композитного материала С/С изготавливают по отдельности (этапы 20, 22, 24). Способы изготовления изделий из композитного материала типа С/С или C/SiC путем подготовки волокнистого каркаса или предварительной формы и уплотнения волокнистого каркаса матрицей хорошо известны. Уплотнение может осуществляться посредством химической инфильтрации из паровой фазы или посредством пропитки полупродуктом матрицы в жидком виде с последующим преобразованием полупродукта с помощью термообработки.
Каналы 16 на поверхности промежуточной части 14 выполняют способом механической обработки (этап 26).
Далее может быть сформировано металлическое покрытие на всех поверхностях промежуточной части, теплового экрана и несущей конструкции (этап 28). Металлическое покрытие выбрано в целях улучшения смачиваемости с учетом применяемой далее пайки для соединения различных частей и для улучшения прочности паяных соединений. Кроме того, металлическое покрытие обеспечивает непроницаемость стенок каналов циркуляции текучей среды. Дело в том, что композитные материалы С/С или КМК, полученные указанным выше образом, неизбежно обладают остаточной пористостью, которую необходимо уплотнить на поверхности, чтобы обеспечить непроницаемость каналов.
Металлическое покрытие, например, из титана, хрома, циркония, гафния или бериллия может быть нанесено с помощью химического осаждения из паровой фазы или нанесения в вакууме.
В том случае, когда нет необходимости в металлическом покрытии для сцепления с припоем, необходимо тем не менее обеспечить непроницаемость стенок каналов 16. Эту непроницаемость обеспечивают посредством нанесения непроницаемого покрытия по меньшей мере на механически обработанные участки промежуточной части и на участки смежной поверхности теплового экрана. Непроницаемый слой наносят путем химического осаждения из паровой фазы. Покрытие может быть металлическим или не металлическим, например углеродным или керамическим.
Припаивание (этап 29) выполняют следующим образом: наносят слой припоя на подлежащие соединению поверхности промежуточной части, теплового экрана и несущей конструкции, затем их собирают и выдерживают в оснастке при желаемой температуре пайки с учетом используемого припоя. Припой выбирают из известных припоев для соединения пайкой керамики и огнеупорных композитных материалов друг с другом или с металлами. К ним относятся, например, припои марок "TiCuSil" или "СuАВА" фирмы США "Wesgo, Inc." В качестве ссылки можно привести уже упомянутую патентную заявку WO № 98/03297, а также статью авторов A.G.Foley, D.J.Andrews “Эффективная пайка металлическим припоем для соединения керамики с металлами”, GEC ALSTROM TECHNICAL REVIEW, No. 13, февраль 1994, Франция, стр. 49-64.
Фиг.3 изображает в разобранном виде другой пример выполнения теплообменника по изобретению, образующий элемент 30 камеры сгорания реактивного двигателя. Тепловой экран 32 представляет собой симметричную относительно оси кольцевую деталь с передней цилиндрической частью, которая продолжена назад частью в форме усеченного конуса. Тепловой экран 32 изготовлен в виде единой детали из композитного материала КМК, например композитного материала C/SiC. Волокнистый каркас композитного материала изготавливают посредством намотки волокнистой структуры на сердечник соответствующей формы, затем полученный каркас уплотняют матрицей из композитного материала.
Каналы 36 циркуляции текучей среды выполняют путем механической обработки в осевом направлении на поверхности промежуточной части 34, обращенной к тепловому экрану 32. Промежуточная часть 34 изготовлена из композитного материала С/С. Теплоотводящая текучая среда представляет собой топливо, которое нагревается при проходе через теплообменник перед впрыскиванием в камеру сгорания. Отверстия ЗЗа, ЗЗb впуска и выпуска текучей среды выполнены проходящими поперечно через стенку теплового экрана 32 вблизи его концов по оси на уровне канавок, таких как кольцевые канавки 37, которые выполнены механическим способом на промежуточной части спереди и сзади и предназначены для распределения текучей среды в каналы 36 на одном конце и для ее сбора на другом конце каналов.
Промежуточная часть 34 выполнена заодно с несущей конструкцией 38 в виде кольцевой конструкции из композитного материала С/С. Ее изготавливают посредством намотки на сердечник волокнистой структуры с наложением слоев друг на друга и соединением слоев между собой с помощью волокон, которые проходят поперечно слоям, например, с помощью иглопробивания. Полученный каркас уплотняют углеродной матрицей. Способ изготовления проработанных иглопробиванием кольцевых каркасов в качестве армирующей основы для конструктивных изделий из композитных материалов С/С описан в уже упоминавшемся патенте США №4790052. Несущая конструкция 38 и промежуточная часть могут выполняться в виде двух отдельных частей с их соединением пайкой или же в виде единой части, как в данном примере выполнения.
Тепловой экран 32 припаивают к поверхности промежуточной части, в которой выполнены каналы 36 и канавки 37.
Припаивание выполняют описанным выше образом со ссылками на фиг.1 и 2, в определенных случаях после нанесения металлического покрытия для сцепления с припоем и, по меньшей мере, после нанесения непроницаемого покрытия на стенки каналов 36 и канавок 37.
Фиг.4 в очень схематичном виде изображает конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя, стенка 40 которого образует теплообменник в соответствии с изобретением.
Стенка 40 имеет конструкцию, аналогичную блоку 10 по фиг.1, и изготовлена сходным способом. Тепловой экран 42 расположен с внутренней стороны стенки и выполнен из композитного материала КМК, например композитного материала C/SiC. Он припаян к промежуточной части 44 со стороны ее поверхности, в которой механическим способом выполнены каналы 46, и перекрывает эти каналы. По каналам 46 проходит текучая среда в виде топлива, которое впрыскивается в камеру сгорания после подогрева при проходе через стенку 40.
Промежуточная часть 44 изготовлена из композитного материала С/С и припаяна к несущей конструкции 48, также изготовленной из композитного материала С/С. Предпочтительно промежуточная часть выполнена в виде конструкции с сотовыми заполнителями для максимального облегчения всего узла.
Припаивание, нанесение в определенных случаях металлического покрытия на подлежащие соединению пайкой поверхности и нанесение непроницаемого покрытия на стенки каналов циркуляции текучей среды выполняют таким же образом, как и для примера осуществления по фиг.1 и 2. В описанных выше примерах предусмотрено образование каналов циркуляции текучей среды в поверхности промежуточной части со стороны теплового экрана. Это расположение каналов является предпочтительным, однако не исключается вариант их выполнения со стороны несущей конструкции.

Claims (21)

1. Теплообменник из композитного материала, отличающийся тем, что он содержит промежуточную часть (14; 34; 44) из огнеупорного композитного материала, в которой выполнены каналы (16; 36; 46) циркуляции текучей среды, причем промежуточная часть заключена между частью из огнеупорного композитного материала, образующей тепловой экран (12; 32; 42), и частью из термоконструкционного композитного материала, образующей несущую конструкцию (18; 38; 48) теплообменника, при этом составные части теплообменника соединены в одно целое посредством припаивания.
2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что промежуточная часть (14; 34; 44) изготовлена из композитного материала С/С.
3. Теплообменник по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что образующая тепловой экран (12; 32; 42) часть изготовлена из композитного материала с керамической матрицей.
4. Теплообменник по п. 3, отличающийся тем, что образующая тепловой экран (12; 32; 42) часть изготовлена из композитного материала C/SiC.
5. Теплообменник по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что образующая несущую конструкцию (18; 38; 48) часть изготовлена из композитного материала С/С.
6. Теплообменник по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что каналы (16; 36;46) циркуляции текучей среды образованы в поверхности промежуточной части (14;34; 44) и частично ограничены смежной стенкой одной из двух других частей.
7. Теплообменник по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что каналы (16; 36;46) циркуляции текучей среды снабжены непроницаемым покрытием.
8. Теплообменник по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что образующая несущую конструкцию часть выполнена в виде конструкции с сотовыми заполнителями.
9. Теплообменник по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что образующая несущую конструкцию (18; 38; 48) часть изготовлена из композитного материала, содержащего волокнистый каркас, который содержит несколько наложенных друг на друга волокнистых слоев, соединенных между собой волокнами, проходящими поперечно слоям.
10. Элемент (30; 40) стенки камеры сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя, отличающийся тем, что он содержит в качестве составной части теплообменник по любому из пп. 1-8.
11. Способ изготовления теплообменника из композитного материала, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы: изготавливают промежуточную часть из огнеупорного композитного материала, оснащенную каналами циркуляции текучей среды, изготавливают часть теплового экрана из огнеупорного композитного материала, изготавливают часть несущей конструкции из термоконструкционного композитного материала, производят сборку различных частей (с соединением) посредством припаивания, помещая промежуточную часть между частью теплового экрана и частью несущей конструкции.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что каналы циркуляции текучей среды выполняют посредством механической обработки в поверхности промежуточной части.
13. Способ по любому из пп. 11 и 12, отличающийся тем, что промежуточную часть изготавливают из композитного материала С/С.
14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что на стенках каналов циркуляции текучей среды формируют непроницаемое покрытие.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что непроницаемое покрытие формируют посредством осаждения металлического слоя.
16. Способ по любому из пп. 11-15, отличающийся тем, что часть теплового экрана изготавливают из композитного материала с керамической матрицей.
17. Способ по любому из пп. 11-16, отличающийся тем, что образующую несущую конструкцию часть изготавливают из композитного материала С/С.
18. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что образующую несущую конструкцию часть изготавливают в виде конструкции с сотовыми заполнителями.
19. Способ по любому из пп. 11-17, отличающийся тем, что образующую несущую конструкцию часть изготавливают из композитного материала, имеющего уплотненный матрицей волокнистый каркас, причем волокнистый каркас изготавливают посредством наложения друг на друга и проработки иглопробиванием нескольких волокнистых слоев.
20. Способ по любому из пп. 11-19, отличающийся тем, что формируют металлический слой сцепления припоя на поверхностях частей, подлежащих соединению пайкой.
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что каналы циркуляции текучей среды формируют посредством механической обработки в поверхности промежуточной части, которая перекрывается смежной поверхностью другой части, а металлический слой формируют на поверхности промежуточной части после выполнения каналов механической обработкой и на смежной поверхности таким образом, что металлический слой образует также непроницаемое покрытие стенок каналов циркуляции текучей среды.
RU2000118216/06A 1998-11-05 1999-11-05 Теплообменник из композитного материала, способ его изготовления и элемент реактивного двигателя, содержащий теплообменник RU2249166C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR98/13923 1998-11-05
FR9813923A FR2785664B1 (fr) 1998-11-05 1998-11-05 Echangeur de chaleur en materiau composite et procede pour sa fabrication

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000118216A RU2000118216A (ru) 2002-07-20
RU2249166C2 true RU2249166C2 (ru) 2005-03-27

Family

ID=9532395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000118216/06A RU2249166C2 (ru) 1998-11-05 1999-11-05 Теплообменник из композитного материала, способ его изготовления и элемент реактивного двигателя, содержащий теплообменник

Country Status (14)

Country Link
US (1) US6397581B1 (ru)
EP (1) EP1045971B1 (ru)
JP (1) JP4249396B2 (ru)
KR (1) KR100613827B1 (ru)
CN (1) CN1113164C (ru)
AT (1) ATE263916T1 (ru)
CA (1) CA2317707C (ru)
DE (1) DE69916240T2 (ru)
FR (1) FR2785664B1 (ru)
IL (1) IL137097A (ru)
NO (1) NO323992B1 (ru)
RU (1) RU2249166C2 (ru)
UA (1) UA55499C2 (ru)
WO (1) WO2000028202A1 (ru)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6800828B2 (en) * 2001-03-31 2004-10-05 Honeywell International Inc. Electrical discharge machining of carbon-containing work pieces
AT5079U1 (de) 2001-04-30 2002-03-25 Plansee Ag Verfahren zum fügen eines hochtemperaturwerkstoff-bauteilverbundes
US6907920B2 (en) * 2002-01-29 2005-06-21 United Technologies Corporation Heat exchanger panel
US6715293B2 (en) * 2002-03-28 2004-04-06 United Technologies Corporation Scram jet engine design
FR2840974B1 (fr) * 2002-06-13 2005-12-30 Snecma Propulsion Solide Anneau d'etancheite pour cahmbre de combustion et chambre de combustion comportant un tel anneau
FR2850741B1 (fr) * 2003-01-30 2005-09-23 Snecma Propulsion Solide Procede de fabrication d'un panneau de refroidissement actif en materiau composite thermostructural
FR2850742B1 (fr) * 2003-01-30 2005-09-23 Snecma Propulsion Solide Panneau de refroidissement actif en materiau composite thermostructural et procede pour sa fabrication
KR20050004524A (ko) * 2003-07-02 2005-01-12 최동민 연소장치
FR2871847B1 (fr) * 2004-06-17 2006-09-29 Snecma Moteurs Sa Montage d'un distributeur de turbine sur une chambre de combustion a parois en cmc dans une turbine a gaz
FR2872072B1 (fr) * 2004-06-24 2006-09-29 Snecma Propulsion Solide Sa Procede de brasage de pieces en materiau composite thermostructural siliciure
EP1672281A1 (de) * 2004-12-16 2006-06-21 Siemens Aktiengesellschaft Hitzeschildelement
US7431074B1 (en) 2006-03-20 2008-10-07 Fellman Michael L Radiator structure
DE102006021539A1 (de) * 2006-05-08 2007-11-15 Eads Space Transportation Gmbh Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für den Raketenbau
JP5029257B2 (ja) * 2007-01-17 2012-09-19 東京エレクトロン株式会社 載置台構造及び処理装置
US8127555B2 (en) * 2007-12-13 2012-03-06 Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc. Flowpath heat exchanger for thermal management and power generation within a hypersonic vehicle
US7914904B2 (en) * 2008-03-25 2011-03-29 General Electric Company Component in a combustion system, and process for preventing slag, ash, and char buildup
DE102010032612A1 (de) * 2010-07-28 2012-03-29 Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik Verfahren zum Schutz von Wärmetauscherrohren in Dampfkesselanlagen, Formkörper, Wärmetauscherrohr und Dampfkesselanlage
JP5769519B2 (ja) * 2011-06-30 2015-08-26 コバレントマテリアル株式会社 強化用繊維材料と強化用繊維材料を用いた繊維強化セラミックス複合材料及びこれらの製造方法
CN102784987B (zh) * 2012-06-18 2014-11-19 航天材料及工艺研究所 一种C/C复合材料内置Ni基高温合金管的焊接方法
FR3001409B1 (fr) * 2013-01-29 2015-07-03 Herakles Procede de fabrication d'une structure alveolaire de forme courbee en materiau composite
US9018511B2 (en) 2013-03-08 2015-04-28 Hamilton Sundstrand Space Systems International, Inc. Spring-loaded heat exchanger fins
WO2014149094A1 (en) 2013-03-15 2014-09-25 Xu Raymond R Braze materials and method for joining of ceramic matrix composites
US10598378B2 (en) * 2013-10-07 2020-03-24 United Technologies Corporation Bonded combustor wall for a turbine engine
JP2016142484A (ja) * 2015-02-03 2016-08-08 イビデン株式会社 準カプセル溶融塩蓄熱材
US10520193B2 (en) * 2015-10-28 2019-12-31 General Electric Company Cooling patch for hot gas path components
US10947162B2 (en) 2017-04-13 2021-03-16 Rolls-Royce Corporation Braze alloys for joining or repairing ceramic matrix composite (CMC) components
CN108644028B (zh) * 2018-03-12 2020-01-24 上海卫星工程研究所 一种大推力双向摇摆轨控发动机高温隔热屏
CN109336630B (zh) * 2018-08-29 2021-06-11 宁波华源精特金属制品有限公司 一种支架及其制备方法
GB2595744B (en) * 2020-06-01 2022-11-16 Desmond Lewis Stephen Reduced velocity ramjet
US11371702B2 (en) 2020-08-31 2022-06-28 General Electric Company Impingement panel for a turbomachine
US11614233B2 (en) 2020-08-31 2023-03-28 General Electric Company Impingement panel support structure and method of manufacture
US11460191B2 (en) 2020-08-31 2022-10-04 General Electric Company Cooling insert for a turbomachine
US11255545B1 (en) 2020-10-26 2022-02-22 General Electric Company Integrated combustion nozzle having a unified head end
US11767766B1 (en) 2022-07-29 2023-09-26 General Electric Company Turbomachine airfoil having impingement cooling passages

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4488920A (en) * 1982-05-18 1984-12-18 Williams International Corporation Process of making a ceramic heat exchanger element
US4838031A (en) * 1987-08-06 1989-06-13 Avco Corporation Internally cooled combustion chamber liner
US4832999A (en) * 1987-10-27 1989-05-23 Avco Lycoming/Textron Honeycomb structure assemblies
FR2664585B1 (fr) * 1990-07-13 1993-08-06 Europ Propulsion Structures refractaires refroidies et procede pour leur fabrication.
US5352529A (en) * 1991-05-13 1994-10-04 Auto-Air Composites, Inc. Lightweight thrust vectoring panel
FR2685655B1 (fr) 1991-12-31 1995-08-18 Europ Propulsion Procede de formation d'un passage etanche dans une piece en materiau composite refractaire, et application a la realisation d'une structure composite refractaire refroidie par circulation de fluide.
DE4322431C2 (de) * 1993-07-06 1997-04-10 Mtu Muenchen Gmbh Kühlstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO1998003297A1 (en) 1996-07-24 1998-01-29 Mcdonnell Douglas Corporation Two-step brazing process for joining materials with different coefficients of thermal expansion
DE19804232C2 (de) * 1998-02-04 2000-06-29 Daimler Chrysler Ag Brennkammer für Hochleistungstriebwerke und Düsen

Also Published As

Publication number Publication date
JP4249396B2 (ja) 2009-04-02
CN1113164C (zh) 2003-07-02
WO2000028202A1 (fr) 2000-05-18
ATE263916T1 (de) 2004-04-15
FR2785664B1 (fr) 2001-02-02
DE69916240D1 (de) 2004-05-13
NO323992B1 (no) 2007-07-30
NO20003477D0 (no) 2000-07-05
KR100613827B1 (ko) 2006-08-18
IL137097A (en) 2003-07-31
KR20010033870A (ko) 2001-04-25
EP1045971A1 (fr) 2000-10-25
FR2785664A1 (fr) 2000-05-12
JP2002529679A (ja) 2002-09-10
DE69916240T2 (de) 2005-04-14
NO20003477L (no) 2000-09-04
EP1045971B1 (fr) 2004-04-07
IL137097A0 (en) 2001-06-14
CA2317707C (en) 2007-01-09
CN1287592A (zh) 2001-03-14
CA2317707A1 (en) 2000-05-18
US6397581B1 (en) 2002-06-04
UA55499C2 (ru) 2003-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2249166C2 (ru) Теплообменник из композитного материала, способ его изготовления и элемент реактивного двигателя, содержащий теплообменник
RU2000118216A (ru) Теплообменник из композитного материала и способ его изготовления
US20050254942A1 (en) Method of joining ceramic parts and articles so formed
EP1013412A1 (en) Integrally woven ceramic composites
US9938198B2 (en) Method for integral joining infiltrated ceramic matrix composites
US20050077341A1 (en) Method of manufacturing an active cooling panel out of thermostructural composite material
JPH0516382B2 (ru)
EP3055530B1 (en) Bonded combustor wall for a turbine engine
CA2456403A1 (en) An active cooling panel of thermostructural composite material and method for its manufacture
US6890660B2 (en) Combustion chamber with internal jacket made of a ceramic composite material and process for manufacture
JP4357658B2 (ja) 構造用パーツおよびその製造方法
US20160356164A1 (en) Machinable cmc insert
US5604776A (en) Method for making a sealed passage in a refractory composite part with a plastically deformable metal lining which seals passage walls, and application of the production of a refractory composite structure cooled by fluid circulation
CA1279160C (en) Composite joined bodies
EP2257368B1 (en) Reactor vessel system with vessel liner for a coolant fluid
KR960011977B1 (ko) 촉매담지 금속 담체 및 그의 제조방법
JP2517752B2 (ja) 焼結部品の接合方法
JPS59156976A (ja) 金属部材とセラミツク部材との結合体及びその結合方法
JPS6236076A (ja) 異種材料の結合方法
JPS6283381A (ja) 異種材料の接合方法
Kaysser Reactive diffusion Bonding
JPH03274318A (ja) 燃焼器
JPS6313678A (ja) 異種材料の結合方法
JPH0581741B2 (ru)

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20140822

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181106