SE520969C2

SE520969C2 - Förfarande för tillverkning av en kyld dysa för en raketmotor samt en dysa för en raketmotor

Info

Publication number: SE520969C2
Application number: SE0001068A
Authority: SE
Inventors: Joachim Kretschmer
Original assignee: Astrium Gmbh
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2003-09-16
Also published as: DE19915082C1; SE0001068D0; SE0001068L; US6543135B2; JP2000320404A; JP4465485B2; FR2791589A1; US20020056762A1; FR2791589B1; US6470671B1

Description

lO 15 20 25 30 35 520 969 2 tvärsnitt, sä att innersidan. av' den dysstommen Äbildande spiralformiga konstruktionen uppvisar en.i huvudsak slät yta.

Uppgiften för uppfinningen är att anvisa ett förbättrat förfarande för tillverkning av en medelst ett strömmande kylmedel regenerativt kyld dysa för en raketmotor.

Denna uppgift löses genonl det i patentkravet 1 angivna förfarandet.

Fördelaktiga utformningar av förfarandet enligt uppfinningen är angivna i de beroende underkraven.

Vidare skall genom uppfinningen erbjudas en genom ett strömmande kylmedel regenerativt kyld dysa för en raketmotor med förbättrade egenskaper.

Denna uppgift löses genon1deni_patentkravet 19 angivna dysan för en raketmotor.

Fördelaktiga vidareutvecklingar definieras j. de beroende underkraven.

Enligt uppfinningen erbjudes ett förfarande för tillverkning av en, medelst ett strömmande kylmedel, regenerativt kyld dysa för en raketmotor, vilket innefattar stegen: - Tillverkning av en dysstomme genom lindning av ett vid dysans drift, av kylmedlet genomströmningsbart fint rörmaterial på en lindningsdorn i form av en spiralformig konstruktion, - fixering av den spiralformade konstruktionen, - avlägsnande av den fixerade konstruktionen från lindningsdornen, - päförande av ett värmebeständigt, lastbärande skikt pà hetgassidan av dysstommen, och vilket bildar ytan pà de fixerade konstruktionen. 10 15 20 25 30 35 520 969§§§ïf§æE»?” 3 En väsentlig fördel med förfarandet enligt uppfinningen är, att den tillverkade dysan trots en mycket lätt konstruktion motstàr ett högt kylmedelstryck, varvid det säkerställes med en glatt yta på hetgassidan av dysstommen.

Företrädesvis sker päförandet av det lastbärande skiktet genom ett sprutningsförfarande.

Det är av speciell fördel, att päförandet av det lastbärande skiktet företas genom termisk sprutning medelst ett hög- (HVOF=High-Velocity- Fördelen med hastighetsflamsprutningsförfarande Oxygen-Fuel-förfarande). högtrycks- höghastighetsflamsprutning är, att det därmed.kan framställas stabila, oxidhalt. lastbärande skikt med ringa porositet och làg Alternativt kan pàförandet av det lastbärande skiktet ske genom vakuumplasmasprutning.

Enligt ett ytterligare alternativ' kan. pàförandet av' det lastbärande skiktet ske genom kallgassprutning.

Enligt en speciellt föredragen utformning av förfarandet enligt uppfinningen sker fixeringen av den spiralfomiga konstruktionen efter lindningen genom päförande av ett upplösbart fixeringsskikt pà utsidan av den spiralformiga konstruktionen. En fördel härmed är, att den spiralformiga konstruktionen kan fixeras pà enkelt sätt, utan nägra tids- eller kostnadskrävande eller eventuellt materialförsvagande åtgärder, såsom vid hopsvetsning av det fina rörmaterialet.

Företrädesvis bildas fixeringsskiktet genom pàsprutning av skiktmaterialet.

Företrädesvis bildas fixeringsskiktet av' en vattenlöslig legering. l0 l5 20 25 30 35 520 969 4 Av speciell fördel är att den vattenlösliga legeringen framställes av en AQUALLOY-legering.

Alternativt kan fixeringsskiktet bildas av ett gipsmaterial.

Enligt ett annat alternativ kan fixeringsskiktet vara bildat av en metall med låg smältpunkt eller en metallegering med låg smältpunkt.

Företrädesvis upplöses fixeringsskiktet efter tillverkning av det lastbärande skiktet.

Enligt en vidareutveckling av förfarandet enligt uppfinningen föreslås, att en efterbearbetning sker efter påförande av det lastbärande skiktet för att glåtta detsamma. Härigenom kan hetgasväggytan, som redan efter påförande ändå uppvisar en hög glatthet beträffande dess ytfinhet. ytterligare förbättras Enligt en vidareutveckling av förfarandet enligt uppfinningen föreslås, att det i området för ändarna på yttersidan av den spiralformiga konstruktionen pàföres ett ytterligare värme- beständigt skikt för förbindelseflänsområden. Fördelen härmed år, att man pà ett enkelt och ur kostnádssynpunkt gynnsamt sätt kan åstadkomma dysstommen till lastbärande åstadkommande av områden för fastflänsning av brånnkammarstrukturen eller av aggregat till dysstommen.

Företrädesvis pàföres detta ytterligare lastbärande skikt efter avlägsnande av fixeringsskiktet.

Enligt en vidareutveckling av förfarandet enligt uppfinningen sker efter tillverkningen. av det lastbärande skiktet en glödgningsbehandling av den spiralformiga konstruktionen. 10 15 20 25 30 35 529 969 5 Företrädesvis har det för lindning av den spiralformiga konstruktionen använda fina rörmaterialet ett fyrsidigt, i synnerhet ett kvadratiskt tvärsnitt.

Enligt en vidareutveckling av förfarandet enligt uppfinningen föreslås, att det efter tillverkning av det lastbärande skiktet sker en avtryckning av den spiralformiga konstruktionen genom införande av ett medium, som stàr under högt tryck i det fina rörmaterialet, för åstadkomma en utbuktning av det fina rörmaterialet pà utsidan av den spiralformiga konstruktionen. Härigenom kommer det fina rörmaterialet att bringas till en form, i vilken det utan vidare plastisk deformering också stär emot höga tryck vid drift.

Vidare erbjuder' uppfinningen en dysa för en raketmotor, kylbar medelst ett kylmedel. Dysan innehåller en, av ett av kylmedlet genom- vilken är regenerativt strömmande strömningsbart fint rörmaterial i form av en av en spiral- formig konstruktionen bildad dysstomme. Enligt uppfinningen förfogar dysan över ett pà hetgassidan hos den dysstommen bildande ytan hos den spiralformiga konstruktionen, päfört värmebeständigt, lastbärande skikt.

En fördel med dysan enligt uppfinningen är, att den vid mycket lätt konstruktionssätt motstär ett högt kylmedels- tryck. En ytterligare fördel är, att dysstommen uppvisar en slät hetgasvägg.

Enligt en vidareutveckling av dysan enligt uppfinningen finns i omradet för ändarna pà yttersidan av den spiralformiga konstruktionen anordnat förbindelseflänsomräden.i forn1av ett ytterligare lastbärande skikt. Härigenom kan dysstommen pà enkelt sätt förbindas med strukturen hos brännkammaren eller också kan raketmotorns aggregat flänsas fast vid dysstommen. l0 l5 20 25 30 35 520 969 6 Företrädesvis är den spiralformiga konstruktionen utbildat av' ett fint rörmaterial med ett fyrsidigt, i synnerhet kvadratiskt tvärsnitt.

Företrädesvis uppvisar profilen hos det fina rörmaterialet en utbuktning på utsidan.av den spiralformiga konstruktionen.

I det följande kommer utföringsexempel av uppfinningen att förklaras med hänvisning till ritningarna. De visar i: Fig. 1 i sidovy en schematisk illustration av en dysa för en raketmotor enligt ett utföringsexempel av uppfinningen; Fig. 2 i sidovy ett avsnitt ur dysstommen till en dysa för en raketmotor enligt ett utföringsexempel av uppfinningen; Fig. Ba) till c) förstorade illustrationer av det i Fig. 2 med A betecknade avsnittet för förtydligande av ett förfarande för tillverkning av en nædelst ett strömmande kylmedel regenerativt kyld dysa för en raketmotor enligt ett utföringsexempel av uppfinningen; Fig. 4a) och b) förstorade tvärsnittsvyer, vilka visar ett tvärsnitt genonm ett fint rörmaterial, vilket enligt ett utföringsexempel av uppfinningen kan komma till användning för tillverkning av dysstommen enligt förfarandet enligt uppfinningen.

Fig. 1 visar i en sidovy en schematisk framställning av en dysa för en raketmotor, vilken medelst ett strömmande kylmedel är regenerativt kylbar. Dysan. 2, vilken utgör beståndsdel av en generellt med hänvisningsbeteckningen 1 betecknad raketmotor, innehåller en dysstomme 3, vid vars översida är anordnat en brànnkammare 4. Vid brännkammaren 4 är anordnat ett blandningssystem 10, vilket via en bränsle- ledning 11 tillföres bränsle och över en oxidationsmedel- tillförsel 12 tillföres ett oxidationsmedel. Bränslet kan 10 l5 20 25 30 35 _ , , _ _ _ , . . . . .. ;',1"_ï.'.... .. - «¿ ~ _ j. _ - -. 1 - = IL * ' ' ' ', . ._ H V-I 7 exempelvis vara flytande väte, och oxidationsmedlet kan exempelvis vara flytande syre. Vidare finns anordnat en kylmedeltillförsel 13 och ett kylmedelsavlopp 14. En med K betecknad del av dysstommen 3 är regerativt kylbar genom ett kylmedel, vilket tillföres över kylmedelstillförseln 13 och bortledes via kylmedelsavloppet 14. Som kylmedel kan exempelvis användas det för drift av raketmotorn levererade flytande bränslet, vilket levereras medelst en befintlig pumpanordning (i Fig. 1 ej själv visad), som har en lämplig kapacitet, för att kunna alstra ett högt tryck och en hög genomströmningsvolym över kylmedeltillförseln 13 och till- föres till den kylbara delen K hos dysstommen 3 och sedan frän kylmedelsavloppet 14 levereras till bränsletillförseln 11. Ett avgasflöde antyds vid 15.

I Fig. 2 visas ett snitt genom det kylbara området K i dysstommen 3 till dysan 2, varvid väggarna hos dysstommen 3 för enkelhets skull illustrerats som del av en cylindrisk kropp. Som man kan se, består dysstommen.3 av en spiralformad konstruktion 5, vilken är tillverkad genom lindning av ett fint rörmaterial 6. Som synes, uppvisar de enskilda fina rören.hos det fina rörmaterialet 6 ett kvadratiskt tvärsnitt.

Den spiralformiga konstruktionen 5 är tillverkad genom lindning av det fina rörmaterialet 6 pà en lindningsdorn.

Figurerna 3a) till c) visar i större skala ett snitt genom det i Fig. 2 med A betecknade avsnittet, varvid Fig. 3a) till c) vardera visar steg i ett tillverkningsförfarande enligt ett utföringsexempel av uppfinningen.

Som Fig. 3a) visar, bildas den spiralformiga konstruktionen 5 av ett fint rörmaterial 6 med kvadratiskt tvärsnitt, varvid de fina rören 6 uppvisar en sidolängd D och en väggtjocklek d. Den spiralformiga konstruktionen 5 är, såsom redan sagts tillverkad genom lindning av det fina rörmaterialet 6 pà en lindningsdorn. Efter lindning av den spiralformiga konstruktionen 5 fixeras denna genom pàförande av ett 10 15 20 25 30 35 5 2 Û 9 6 9 i? L? . . f"- 8 upplösbart fixeringsskikt 8 på utsidan av den spiralformiga konstruktionen 5. Tjockleken m hos fixerings-skiktet 8 kan uppgå till några millimeter. Fixeringsskiktet 8 bildas genom påsprutning av ett skiktmaterial, och vid föreliggande utföringsexempel bildas fixeringsskiktet 8 av en vattenlöslig legering, vilken är känd under benämningen AQUALLOY-legering.

Genom påförande av fixeringsskiktet 8 fixeras den spiral- formiga konstruktionen.5 så långt, att den kan avlägsnas från lindningsdornen som en sammanhållen del.

Efter avlägsnande av den spiralformiga konstruktionen 5 från lindningsdornen frilägges insidan av den spiralformiga konstruktionen 5, vilken senare bildar den innerst liggande hetgassidan H hos dysstommen 3. På den ytan av den fixerade konstruktionen 5, som bildar hetgassidan H hos dysstommen 3 påföres sedan ett vårmebeständigt, lastbärande skikt 9, såsom Pig. 3b) visar. Det lastbärande skiktet 9 har en tjocklek n, vilken typiskt är större än väggtjockleken d hos det fina rörmaterialet 6.

Påförandet av det lastbärande skiktet 9 sker företrädesvis genom ett sprutförfarande, varvid i synnerhet termisk sprutningxnedelst ett höghastighets-flamsprutnings~förfarande är att föredra. Genom höghastighets-flamsprutning (HVOF) är det möjligt att framställa metallskikt med ringa porositet och låg oxidhalt genom termisk sprutning, vilka vid lämplig styrning av förfarandet kan framställas som stabila, lastbärande skikt. Företrädesvis användes för höghastighets- flamsprutning det i sökandens DE 195 20 885 Cl beskrivna "Verfahren zum termischen Schichten aus Enligt Spritzen von Metallegierungen.oder Metallen.und seiner Verwendung". skikt med porositet, typiskt mindre än 1 volyms-% och låg oxidhalt, detta kan man åstadkomma metalliska ringa typiskt mindre än 1 vikts-%, varvid den termiska sprutningen utföres så, att åtminstone 60, företrädesvis 90 vikts-% av partiklarna i sprutpulvret vid träff mot substratet uppvisar en temperatur, som ligger mellan fasttemperaturen och 10 15 20 25 30 35 ., ...w - ~ ^ * f' .. n. . . »«vs_ , ,". n . v - f 12 I. . . .= . f - *,, .' ..“ f.. '; _. ß =~ -»= ' , _ . .» . 1 .. u f *'_ ' l.. « . . u .. - - 9 flyttemperaturen för metallen resp. metallegeringen.

Beträffande ytterligare detaljer vid det använda förfarandet hänvisas till innehållet i den nämnda patentskriften, till vilken här uttryckligen refereras.

Efter tillverkning av det lastbärande skiktet 9 upplöses fixeringsskiktet 8 från den spiralformiga konstruktionen 5, så att nu, sàsom visas i Fig. 3c), den spiralformiga konstruktionen 5 på sin insida uppbär det lastbärade skiktet 9 och stabiliseras av detta.

Som vidare visas med streckade linjer i. Fig. 3c) kan i området för ändarna på utsidan av den spiralformiga konstruktionen 5 vara päfört ett ytterligare värme- beständigt, lastbärande skikt 7, liknande det lastbärande skiktet 9, för att erbjuda förbindelseflänsomràden, vilka tjänar för fastgöring av <íysstommen 23 till brännkammar- strukturen eller för anbringande av aggregat till dysstommen 3. Som synes kommer ett sådant ytterligare lastbärande skikt 7 att påföras i lämpliga områden på den spiralformiga konstruktionen 5 efter upplösning av fixeringsskiktet 8. skiktet 9 kan en efterbearbetning för glättning av detsamma genomföras, för Efter päförande av det lastbärande att förhöja den redan goda glattheten hos det lastbärande skiktet 9 i avsikt att åstadkomma en ännu större förbättring av strömningsförhållandena i dysan. Vidare kan efter tillverkning av de lastbärande skikten 9, resp. 9, 7 företas en glödgningsbehandling av den spiralformiga konstruktionen 5, för att åstadkomma en seghärdning av materialet.

Fig. 4a) och b) visar, i olika skalor, ytterligare snittvyer genom den dysstommen 3 bildande spiralformiga konstruktionen 5. Som Fig, 4a) visar är det lastbärande skiktet 9 päfört på hetgassidan H av den spiralformiga konstruktionen 5. 10 15 20 25 30 35 . ..n. H . za xx: fﬂvﬁ f- - '- ,.., . ;--= -g ',_ . i » -- ﬁï' ' ,_ , _ , l u: v ' ß' ' I . , . »f < -" f' 10 Efter tillverkning av' det lastbärande skiktet 9 kan en avtryckning av den spiralformiga konstruktionen 5 ske genom införande av ett medium som stär under högt tryck i det fina rörmaterialet 6, varigenom àstadkommes en utbuktning 16 av profilen hos det fina rörmaterialet 6 pä utsidan A av den spiralformiga konstruktionen. 5, säsonl visas i Fig. 4b).

Härigenom kommer det fina rörmaterialet 6 att bringas till en form, i vilken det vid senare drift av raketmotorn utan ytterligare plastisk deformering också står emot höga tryck frän det genonldet fina rörmaterialet 6 strömmande kylmedlet.

Alternativt till framställning av det, den spiralformiga konstruktionen 5, stabiliserande fixeringsskiktet 8 av en vattenlöslig legering kan fixeringsskiktet 8 också bildas av ett gipsmaterial eller av en metall med läg smältpunkt eller en metallegering med läg smältpunkt, så att fixeringsskiktet 8 återigen är avlägsningsbart av det lastbärande skiktet. efter pàförande Vidare kan i stället för tillverkning av det lastbärande skiktet 9 genom termisk sprutning, detta skikt också tillverkas genom vakuum-plasmasprutning eller genom kallgassprutning.

Genonxuppfinningen erbjudes en dysa för en raketmotor, vilken medelst ett strömmande kylmedel är regenerativt kylbar, varvid dysan, jämför Fig. l, uppvisar en dysstomme 3, som kylmedlet rörmaterial 6, jämför Fig. 2. På den yta av den spiralformiga bildas av ett av genomströmningsbart fint konstruktionen 5, som bildar hetgassidan H hos dysstommen 3 är pàfört ett värmebeständigt, lastbärande skikt 9, jämför Fig. 3c).

I området för ändarna kan på utsidan av den spiralformiga konstruktionerL5 vara anordnat förbindelseflänsomràden i form av ett ytterligare lastbärande skikt 7, jämför Fig. 3c). 520 969 ll Den spiralformiga konstruktionen 5 bildas av ett fint rörmaterial 6 med ett fyrsidigt, i synnerhet kvadratiskt tvärsnitt.

Profilen av det fina rörmaterialet 6 kan pà utsidan av den spiralformiga konstruktionen 5 uppvisa en utbuktning 16. 10 15 520 969 12 Lista över hänvisninqsbeteckninqar GJQOWUIr-FÄUJIUP' 11 12 13 14 15 16 Raketmotor dysa dysstomme brànnkammare spiralfomad konstruktion fint rörmaterial lastbàrande skikt fixeringsskikt lastbärande skikt blandningssystem bränsletillförsel oxidationsmedeltillförsel kylmedeltillförsel kylmedelmedelsavlopp avgasflöde utbuktning

Claims

l0 15 20 25 30 35 520 969 /3 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för tillverkning av en, medelst ett strömmande kylmedel regenerativt kyld dysa för en raketmotor, med stegen: - tillverkning av en dysstomme (3) genom lindning av ett vid dysans drift, av kylmedlet genomströmningsbart fint rörmaterial (6) på en lindningsdorn i form av en spiralformig konstruktion (5), - fixering av den spiralformade konstruktionen (5), - avlägsnande av den fixerade konstruktionen (5) från lindningsdornen, k ä n n e t e c k n a t a v - pàförande av ett vàrmebeständigt, lastbärande skikt (9) pà hetgassidan (H) av dysstommen (3), och vilket bildar ytan pà den fixerade konstruktionen (5).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k à n n e t e c k n a t d ä r a V, att pàförandet av det lastbärande skiktet (9) sker genom ett sprutningsförfarande.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att pàförandet av det lastbärande skiktet (9) sker genom termisk sprutning medelst ett höghastighets-flamsprutnings- förfarande.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att pàförandet av det lastbärande skiktet (9) sker genom vakuum-plasmasprutning. 10 l5 20 25 30 35 520 969 ”L

5. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d à r a v, att pàförandet av det lastbärande skiktet (9) sker genom kallgassprutning.

6. Förfarande enligt nàgot av patentkraven l till 5, k ä n n e t e c k n a t d à r a v, att fixeringen av den spiralformade konstruktionen (5) efter pàförande av ett upplösbart lindning sker genom fixeringsskikt (8) pà utsidan (A) av den spiralformade konstruktionen (5).

7. Förfarande enligt patentkrav 6, d ä r a v, bildas k ä n n e t e c k n a t att fixeringsskiktet (8) genom pàsprutning av skiktmaterialet.

8. Förfarande enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att fixeringsskiktet (8) bildas av en vattenlöslig legering.

9. Förfarande enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att fixeringsskiktet (8) bildas av ett gipsmaterial.

10. Förfarande enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att fixeringsskiktet (8) bildas av' en metall eller en metallegering, med i förhållande till temperaturen vid pàförande av det lastbärande skiktet, làg smält smältpunkt.

11. ll. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 6 till 10, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att fixeringsskiktet (8) upplöses efter tillverkning av det lastbärande skiktet (9). 10 15 20 25 30 35 520 969 r 5”

12. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 1 till 11, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att efter pàförande av det lastbärande skiktet (9) sker en efterbearbetning för glättning av detsamma.

13. Förfarande enligt något av patentkraven 1 till 12, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att i området för ändarna pà utsidan av den spiralformade konstruktionen (5) pàföres ett ytterligare värmebeständigt, lastbärande skikt (7) för àstadkommande av' förbindelse- flänsomráden.

14. Förfarande enligt patentkrav 13 i förbindelse med patentkravet ll, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att det ytterligare lastbärande skiktet (7) pàföres efter upplösning av fixeringsskiktet (8).

15. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 1 till 14, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att efter tillverkning av de lastbärande skikten (9, 7) sker en glödgningsbehandling av den spiralformade konstruktionen (5).

16. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 1 till 15, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att det för lindning av den spiralformiga konstruktionen (5) använda fina rörmaterialet (6) har ett fyrsidigt, i synnerhet kvadratiskt tvärsnitt.

17. Förfarande enligt patentkrav 16, k à n n e t e c k n a t d ä r a v, att efter tillverkningen av de lastbärande skikten (9) sker en avtryckning av den spiralformade konstruktionen (5) genom inledning av ett under högt tryck stående medium i det fina lO l5 20 25 30 520 969 (å: rörmaterialet (6), för att àstadkomma en utbuktning (16) av det fina rörmaterialet (6) pà utsidan av den spiralformade konstruktionen (5).

18. Dysa för en raketmotor, vilken medelst ett strömmande kylmedel är regenerativt kylbar, med ett av kylmedlet genomströmningsbart fint rörmaterial (6) i form av en dysstomme (3) bildad av en spiralformad konstruktion (5), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att ytan av den spiralformade konstruktionen (5) som bildar hetgassidan HD hos dysstommen (3) är pàfört ett värme- beständigt lastbärande skikt (9), och att i. området för ändarna på utsidan av pà den spiralformade konstruktionen förbindelseflänsomràden i form av ett (5) är anbragt ytterligare lastbärande skikt (7).

19. Dysa enligt patentkravet 18, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den spiralformade konstruktionen (5) är bildad av ett (6) med ett fyrsidigt, i fint rörmaterial synnerhet kvadratiskt tvärsnitt.

20. Dysa enligt patentkrav 19, k ä n n e t e c k n a d d à r a v, att profilen hos det fina rörmaterialet (6) pà utsidan av den spiralformade konstruktionen (5) uppvisar en utbuktning (16).