RU2430306C1 - Aircraft combustion chamber case - Google Patents
Aircraft combustion chamber case Download PDFInfo
- Publication number
- RU2430306C1 RU2430306C1 RU2010105664/06A RU2010105664A RU2430306C1 RU 2430306 C1 RU2430306 C1 RU 2430306C1 RU 2010105664/06 A RU2010105664/06 A RU 2010105664/06A RU 2010105664 A RU2010105664 A RU 2010105664A RU 2430306 C1 RU2430306 C1 RU 2430306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- layer
- metal shell
- ceramic composite
- combustion chamber
- Prior art date
Links
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ракетных или реактивных двигательных установок, а более точно касается корпуса камеры сгорания летательного аппарата.The invention relates to the field of rocket or jet propulsion systems, and more specifically relates to the body of the combustion chamber of an aircraft.
Известны камеры сгорания интегральных ракетно-прямоточных двигателей, на внутренней поверхности которых нанесено теплозащитное покрытие, выполненное с защитно-крепящим слоем путем нанесения последнего на поверхность (патент РФ №2325544, опубл. 2008 г.).Known combustion chambers of integral rocket-ram engines, on the inner surface of which a heat-shielding coating is applied, made with a protective-fixing layer by applying the latter to the surface (RF patent No. 2325544, publ. 2008).
Известна камера сгорания ракетного двигателя твердого топлива с теплозащитным покрытием внутренней поверхности (патент РФ №2290524, опубл. 2006 г.). Теплозащитное покрытие выполнено многослойным, каждый слой которого свернут из листа термостойкого материала. Листы склеены между собой и поверхностью камеры сгорания.A known combustion chamber of a rocket engine of solid fuel with a heat-protective coating of the inner surface (RF patent No. 2290524, publ. 2006). The thermal barrier coating is multilayer, each layer of which is rolled up from a sheet of heat-resistant material. The sheets are glued together and the surface of the combustion chamber.
Известны камеры сгорания ЖРД с металлокерамическим эрозионно- стойким теплозащитным покрытием на основе композиции ZiO2+Ni Cr, (патент РФ №2283363, опубл. 2006 г.). Покрытие наносят из механических смесей плазменным напылением подслоя нихрома и последующего напыления керметной композиции из механической порошковой смеси. В качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида циркония используют оксид кальция, повышающий адгезионную прочность и термостойкость керметных покрытий.Known combustion chambers of rocket engines with a ceramic-metal erosion-resistant heat-proof coating based on the composition ZiO 2 + Ni Cr, (RF patent No. 2283363, publ. 2006). The coating is applied from mechanical mixtures by plasma spraying a nichrome sublayer and then spraying a cermet composition from a mechanical powder mixture. As a stabilizing additive in a powder of zirconium dioxide, calcium oxide is used, which increases the adhesive strength and heat resistance of cermet coatings.
Корпус камеры сгорания является сосудом высокого давления , эксплуатируемым в условиях высоких температур.The housing of the combustion chamber is a pressure vessel operated at high temperatures.
Известные камеры сгорания изготавливаются из жаропрочных сплавов и являются охлаждаемыми конструкциями, так как тепловая нагрузка на корпус камеры без охлаждения выше уровня температурного разрушения металла корпуса и превышает 950°C.Known combustion chambers are made of heat-resistant alloys and are cooled structures, since the thermal load on the chamber body without cooling is higher than the level of thermal destruction of the body metal and exceeds 950 ° C.
На охлаждение корпуса камеры сгорания расходуется до 8% воздуха, подаваемого в двигатель, приводящее к снижению характеристик двигателя. Неохлаждаемых корпусов камер сгорания летательных аппаратов не выявлено.To cool the combustion chamber housing, up to 8% of the air supplied to the engine is consumed, leading to a decrease in engine performance. Uncooled cases of combustion chambers of aircraft were not detected.
В основу изобретения поставлена задача улучшения характеристик двигателя, повышение его экономичности.The basis of the invention is the task of improving the characteristics of the engine, increasing its efficiency.
Технический результат заключается в создании неохлаждаемого корпуса камеры сгорания, т.е. создания корпуса камеры сгорания без дополнительной подачи воздуха на ее наружное охлаждение.The technical result consists in creating an uncooled housing of the combustion chamber, i.e. creating a housing of the combustion chamber without additional air supply for its external cooling.
Поставленная задача решается тем, что корпус камеры сгорания летательного аппарата выполнен как многослойное изделие, содержащее несущую механическую нагрузку внутреннего давления, металлическую обечайку, слой кремнеземной ткани, пропитанной высокотемпературным клеем и воедино соединенной им с внутренней поверхностью металлической обечайки, на который последовательно нанесены слой керамического композиционного материала, армированного углеродными волокнами, слой коррозионно-стойкого связующего материала и слой керамического композиционного высокотемпературного материала, контактирующего с образующимися при сжигании топлива газами с рабочей температурой порядка 1600°C, причем кремнеземная ткань имеет теплопроводность порядка 0,2 Вт/(м·K), а коэффициент линейного расширения и модуль упругости обеспечивают температурную и механическую совместимость металлической обечайки и последующих керамических слоев и при рабочей температуре порядка 1000°C составляют примерно 20·10-6 1/°C и 20 ГПа соответственно, а толщина каждого из слоев подобрана так, что температурная нагрузка на металлическую обечайку снижена до уровня, не требующего ее дополнительного наружного воздушного охлаждения.The problem is solved in that the housing of the combustion chamber of the aircraft is made as a multilayer product containing a bearing mechanical load of internal pressure, a metal shell, a layer of silica fabric impregnated with high-temperature glue and combined with the inner surface of the metal shell, on which a layer of ceramic composite is applied material reinforced with carbon fibers, a layer of corrosion-resistant binder material and a layer of ceramic co compositional high-temperature material in contact with the gases formed during fuel combustion with an operating temperature of about 1600 ° C, moreover, silica fabric has a thermal conductivity of about 0.2 W / (m · K), and the linear expansion coefficient and elastic modulus provide thermal and mechanical compatibility of the metal shell and subsequent ceramic layers and at an operating temperature of about 1000 ° C are approximately 20 · 10 -6 1 / ° C and 20 GPa, respectively, and the thickness of each of the layers is selected so that the temperature load and on the metal shell reduced to a level that does not require additional external air cooling.
Целесообразно, чтобы керамический композиционный материал, армированный углеродными волокнами, имел бы коэффициент линейного расширения порядка 4·10-6 1/°C и модуль упругости порядка 150 ГПа и теплопроводность ниже 30 Вт/(м·K), керамический композиционный высокотемпературный материал - коэффициент линейного расширения порядка 4·10-6 1/°C и модуль упругости порядка 150 ГПа и теплопроводность ниже 30 Вт/(м·K), связующий материала - коэффициент линейного расширения порядка 4·10-6 1/°C и модуль упругости порядка 150 ГПа и теплопроводность ниже 30 Вт/(м·K).It is advisable that the ceramic composite material reinforced with carbon fibers have a linear expansion coefficient of the order of 4 · 10 -6 1 / ° C and an elastic modulus of the order of 150 GPa and thermal conductivity below 30 W / (m · K), the ceramic composite high-temperature material is the coefficient the linear expansion coefficient of the order of 4 · 10 -6 1 / ° C and the elastic modulus of the order of 150 GPa and thermal conductivity below 30 W / (m · K), the binder material is the linear expansion coefficient of the order of 4 · 10 -6 1 / ° C and the elastic modulus of the order 150 GPa and thermal conductivity below 30 W / (m · K).
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежом, иллюстрирующим снижение слоями тепловой нагрузки на металлическую обечайку до уровня, не требующего ее дополнительного наружного воздушного охлаждения.The invention is further illustrated by the description and drawing, illustrating the reduction in layers of thermal load on the metal shell to a level that does not require additional external air cooling.
Предлагается неохлаждаемый корпус камеры сгорания, который выполнен как многослойная конструкция камеры.An uncooled housing of the combustion chamber is proposed, which is designed as a multilayer chamber structure.
Корпус содержит (чертеж) металлическую обечайку 5, которая несет механическую нагрузку внутреннего давления камеры сгорания и имеет толщину δм, слой кремнеземной ткани 4 толщиной δкр, пропитанной высокотемпературным клеем и воедино соединенной им с внутренней поверхностью металлической обечайки 5, слой 3 керамического композиционного материала, армированного углеродными волокнами толщиной δккм, слой 2 коррозионно-стойкого связующего материала толщиной δcс и слой 1 керамического композиционного высокотемпературного материала, толщиной δтзп.The housing contains (drawing) a metal shell 5, which carries a mechanical load of the internal pressure of the combustion chamber and has a thickness of δ m , a layer of silica fabric 4 of a thickness of δ cr , impregnated with high-temperature glue and connected together with the inner surface of the metal shell 5, layer 3 of ceramic composite material reinforced with carbon fibers the thickness δ CMC layer 2 of corrosion-resistant binder material thickness δ MOP and 1 layer of high temperature ceramic composite material, thickness hydrochloric δ HRC.
В таблице приведены свойства материала отдельных слоевThe table shows the material properties of the individual layers
Внесение слоя кремнеземной ткани 4 с уникально низкой теплопроводностью 0,2 Вт/(м·K) позволяет существенно снизить уровни температур в металлическом корпусе камеры сгорания. Кроме того, высокое значение коэффициента линейного расширения 20·10-6 1/°C и низкий модуль упругости 20 ГПа обеспечивают температурную и механическую совместимость металлической обечайки и керамических слоев.The introduction of a layer of silica fabric 4 with a unique low thermal conductivity of 0.2 W / (m · K) can significantly reduce the temperature levels in the metal housing of the combustion chamber. In addition, a high linear expansion coefficient of 20 · 10 -6 1 / ° C and a low modulus of elasticity of 20 GPa provide thermal and mechanical compatibility of the metal shell and ceramic layers.
Слой 3 керамического композиционного материла, армированного углеродными волокнами толщиной δккм, с одной стороны позволяет несколько уменьшить градиенты температуры в слое 1 керамического композиционного высокотемпературного материала, понизив тем самым реальную термонапряженность, следовательно, повысив длительную прочность.Layer 3 of a ceramic composite material reinforced with carbon fibers with a thickness of δ kkm , on the one hand, allows the temperature gradients in layer 1 of the ceramic composite high-temperature material to be slightly reduced, thereby lowering the actual thermal stress, and thereby increasing the long-term strength.
С другой стороны, слой 3 керамического композиционного материала армированного углеродными волокнами толщиной δккм, позволяет дополнительно уменьшить температурные потоки и обеспечить на поверхности слоя 4 из кремнеземной ткани температуры, не превышающие температуру ее работоспособности.On the other hand, the layer 3 of the ceramic composite material reinforced with carbon fibers with a thickness of δ kkm makes it possible to further reduce the temperature flows and provide temperatures on the surface of the layer 4 of silica fabric that do not exceed the temperature of its working capacity.
Выбирая толщины слоев с кремнеземной тканью δкр и керамическим композиционным материалом δккм, можно в широких пределах управлять уровнем температуры в несущей нагрузку металлической обечайке.Choosing the thicknesses of the layers with silica fabric δ cr and ceramic composite material δ km , it is possible to control the temperature level in the load-bearing metal shell over a wide range.
Толщина каждого из теплозащитных слоев согласно изобретению, подобрана так, что температурная нагрузка на металлическую обечайку снижена до уровня, не требующего ее дополнительного наружного воздушного охлаждения.The thickness of each of the heat-protective layers according to the invention is selected so that the temperature load on the metal shell is reduced to a level that does not require additional external air cooling.
При такой тепловой нагрузке температура наружной поверхности металлической обечайки корпуса камеры сгорания ниже температурного разрушения металла корпуса и не превышает 950°C.With such a thermal load, the temperature of the outer surface of the metal shell of the combustion chamber housing is lower than the temperature destruction of the metal of the housing and does not exceed 950 ° C.
На чертеже показан график снижения температуры корпуса камеры сгорания летательного аппарата согласно изобретению. При сжигании топлива в камере сгорания образуется газовый поток с температурой 1600°C. Слой 1 керамического композиционного высокотемпературного материала толщиной δтзп снижает эту температуру до 1400°C, слой 2 коррозионно-стойкого связующего материала толщиной δсс снижает температуру с 1400°C до 1350°C, слой 3 керамического композиционного материала, армированного углеродными волокнами толщиной δккм снижает температуру с 1350°C до 1000°C, слой кремнеземной ткани 4 толщиной δкр снижает температуру с 1000°C до 600°C. Таким образом, температура на внутренней поверхности металлической обечайки 5 составляет 600°C, что значительно ниже опасных температур ≥950°C, требующих дополнительного наружного воздушного охлаждения корпуса камеры сгорания.The drawing shows a graph of the temperature reduction of the housing of the combustion chamber of an aircraft according to the invention. When burning fuel, a gas stream with a temperature of 1600 ° C is formed in the combustion chamber. Layer 1 of ceramic composite high-temperature material with a thickness of δ tcp reduces this temperature to 1400 ° C, layer 2 of a corrosion-resistant binder material of thickness δ cc reduces the temperature from 1400 ° C to 1350 ° C, layer 3 of a ceramic composite material reinforced with carbon fibers with a thickness of δ kkm reduces the temperature from 1350 ° C to 1000 ° C, a layer of silica fabric 4 with a thickness of δ cr reduces the temperature from 1000 ° C to 600 ° C. Thus, the temperature on the inner surface of the metal shell 5 is 600 ° C, which is significantly lower than hazardous temperatures ≥950 ° C, requiring additional external air cooling of the combustion chamber body.
Корпус камеры сгорания согласно изобретению изготавливают следующим образом.The housing of the combustion chamber according to the invention is made as follows.
Кремнеземную ткань пропитывают высокотемпературным клеем и прикрепляют к металлической обечайке 5 по всей ее внутренней поверхности. Затем к слою 4 кремнеземной ткани прикрепляют слой 3 керамического композиционного материла, армированного углеродными волокнами. Поверх слоя 3 наносят слой 2 коррозионно-стойкого связующего материала толщиной δсс и слой 1 керамического композиционного высокотемпературного материала толщиной δтзп. Нанесение слоев осуществляют известным образом. Обычно толщина теплозащитного покрытия (δсс+δтзп) составляет несколько десятков микрон.Silica fabric is impregnated with high-temperature glue and attached to the metal shell 5 along its entire inner surface. Then, a layer 3 of carbon fiber reinforced ceramic composite material is attached to the silica fabric layer 4. On top of layer 3, a layer 2 of a corrosion-resistant binder material with a thickness of δ cc and a layer 1 of a ceramic composite high-temperature material with a thickness of δ tcp are applied . The application of layers is carried out in a known manner. Typically, the thickness of the thermal barrier coating (δ cc + δ tzp ) is several tens of microns.
Корпус камеры сгорания согласно изобретению позволяет улучшить характеристики двигателяThe combustion chamber housing according to the invention improves engine performance
За счет экономии энергоресурсов на дополнительное наружное воздушное охлаждение изобретение позволяет повысить давление компрессора летательного аппарата при одновременном повышении температуры газа в камере сгорания.By saving energy for additional external air cooling, the invention allows to increase the compressor pressure of the aircraft while increasing the temperature of the gas in the combustion chamber.
Механическая совместимость металлической обечайки и последующих керамических слоев повышает долговечность конструкции.The mechanical compatibility of the metal shell and subsequent ceramic layers increases the durability of the structure.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105664/06A RU2430306C1 (en) | 2010-02-18 | 2010-02-18 | Aircraft combustion chamber case |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105664/06A RU2430306C1 (en) | 2010-02-18 | 2010-02-18 | Aircraft combustion chamber case |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2430306C1 true RU2430306C1 (en) | 2011-09-27 |
Family
ID=44804209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105664/06A RU2430306C1 (en) | 2010-02-18 | 2010-02-18 | Aircraft combustion chamber case |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2430306C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554690C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"(АО"ВПК"НПО машиностроения") | Cruise missile engine combustion chamber |
RU2643927C1 (en) * | 2016-06-06 | 2018-02-06 | Акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Combustor chamber of a ramjet air-breathing engine made of composite materials |
-
2010
- 2010-02-18 RU RU2010105664/06A patent/RU2430306C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554690C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-06-27 | Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения"(АО"ВПК"НПО машиностроения") | Cruise missile engine combustion chamber |
RU2643927C1 (en) * | 2016-06-06 | 2018-02-06 | Акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Combustor chamber of a ramjet air-breathing engine made of composite materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hardwicke et al. | Advances in thermal spray coatings for gas turbines and energy generation: a review | |
CN101768380B (en) | Thermal protection coating with component gradient change and preparation method | |
Gell et al. | Higher temperature thermal barrier coatings with the combined use of yttrium aluminum garnet and the solution precursor plasma spray process | |
Vaßen et al. | Overview on advanced thermal barrier coatings | |
JP4969094B2 (en) | Thermal barrier coating member and production thereof, and gas turbine | |
US8187717B1 (en) | High purity ceramic abradable coatings | |
RU2334022C2 (en) | Protective layer for protection of component part against corrosion and oxidation at high temperatures and component part | |
CA2647453C (en) | Thermal barrier coating member, method for producing the same, thermal barrier coating material, gas turbine, and sintered body | |
CA2529781C (en) | Thermal barrier coating material, thermal barrier member, and member coated with thermal barrier and method for manufacturing the same | |
US7867575B2 (en) | Sintering resistant, low conductivity, high stability thermal barrier coating/environmental barrier coating system for a ceramic-matrix composite (CMC) article to improve high temperature capability | |
US8475945B2 (en) | Composite article including silicon oxycarbide layer | |
Xu et al. | Double-ceramic-layer thermal barrier coatings based on La2 (Zr0. 7Ce0. 3) 2O7/La2Ce2O7 deposited by electron beam-physical vapor deposition | |
JP6908973B2 (en) | Manufacturing methods for thermal barrier coatings, turbine components, gas turbines, and thermal barrier coatings | |
JP5622399B2 (en) | Thermal barrier coating, turbine member equipped with the same, and gas turbine | |
JP2007262447A (en) | Oxidation-resistant film and its deposition method, thermal barrier coating, heat-resistant member, and gas turbine | |
KR20030011690A (en) | Thermal barrier coating | |
KR100707789B1 (en) | Thermal barrier coating | |
US20140065433A1 (en) | Coatings for dissipating vibration-induced stresses in components and components provided therewith | |
JP2021191899A (en) | Adhesion promoter layer for joining high-temperature protection layer to substrate, and method for producing the same | |
Dietrich et al. | Metal‐glass based composites for novel TBC‐systems | |
RU2430306C1 (en) | Aircraft combustion chamber case | |
JP2021519386A (en) | CMAS resistance, high strain tolerance and low thermal conductivity thermal barrier coating and thermal spray coating method | |
JP2010242223A (en) | Thermal barrier coating member, production method therefor, thermal barrier coating material, gas turbine, and sintered compact | |
JP5320352B2 (en) | Thermal barrier coating member and manufacturing method thereof, thermal barrier coating material, gas turbine, and sintered body | |
Sarkisov et al. | Barrier coatings for type C/SiC ceramic-matrix composites |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210219 |