SE522848C2 - Väggstruktur samt raketmotorkomponent innefattande en sådan väggstruktur - Google Patents

Description

25 30 522 848 2.

Den totala töj ningen i väggens inre del beror på temperaturgradienten genom denna del av väggen och också på temperaturgradienten genom hela väggen, från den varma sidan till den kalla sidan. Genom att minska töjningen kan livslängden förlängas. En liten töjning i den inre delen av väggen leder också till en mindre töjning i den yttre delen av väggen eftersom krafterna i väggen är varandras krafter och reaktionskrafter.

Bränslet är vanligtvis väte. En komplikation som uppstår då väte används som kylmedel är att metalliska material ofta är känsliga för väteexponering som vanligen resulterar i en reducerad materialhållfasthet. Detta begränsar möjligheterna i valet av material.

Material med hög värmeledrringsförrnåga minskar temperaturgradienten och därigenom den termiska töjningen i väggstrukturen. Koppar och aluminium är material med hög värmeledningsförmåga men användningen av dessa material är begränsad eftersom den högsta tillåtna drifistemperaturen kan överskridas i faser av flygcykeln' då kylmedel ej finns tillgängligt som t.ex. vid nedfart ("re-entry phase"). Material med liten värmeutvidgning minskar också den termiska töjningen i väggstrukturen. Det är dock svårt att hitta material med låg termisk utvidgning som också är duktila, motståndskraftiga mot väteexponering och lämpliga för bearbetning.

Ett antal olika väggstrukturer har tidigare föreslagits. I en struktur leds kylmedel genom rör med cirkulärt tvärsnitt vilka rör är sammansvetsade parallellt till varandra. En sådan konstruktion är flexibel i en riktning vinkelrätt mot rörens längdaxel genom att den termiska utvidgningen kan absorberas genom deflektion av rören som kan anta en oval tvärsnittsforrn.

Konstruktionen är dock rigid i rörens axiella riktning. En annan nackdel är att konstruktionens vågformade topologi medför att temperaturen blir mycket hög på krönen av rören på den varma sidan av väggen.

I en annan struktur svetsas rör med rektangulärt tvärsnitt samman på den kalla, yttre sidan av väggen. Denna struktur har inga delar som sticker ut från väggens varma sida. Vidare möjliggör konstruktionen att ett avstånd bildas mellan rören på väggens insida under en kylningsperiod efiersom rören är sammanfogade endast på väggens utsida. Detta minskar den terrniska töj ningen under kylning. Eftersom avstånd bildas mellan rören kommer dock innerväggen inte att vara slät vilket leder till en ökad friktion och därmed en minskad genomsnittlig flamhastighet. 10 15 20 25 30 522 848 5 Ett annat exempel är en s.k. sandwichkonstruktion där en första plåt, t.ex. genom fräsning, förses med kylkanaler och där en andra plåt svetsas fast på den första plåten som ett lock på kylkanalema. I en sådan konstruktion blir innerväggen kontinuerlig i en tangentiell riktning och därför medger strukturen väldigt lite flexibilitet för att reducera den töjning som uppstår från termisk utvidgning.

Det är också känt från tidigare teknik att förse innerväggen med en värmeskyddande ytbeläggning av ett material med låg termisk konduktivitet, t.ex. ett keramiskt material, för att isolera den lastbårande metalliska strukturen. Detta materials låga värmeledningsförmåga får som effekt att temperaturen i ytbeläggningen ökar vid en konstant termisk belastning.

Beroende på den termiska utvidgningen kommer ytbeläggningen bli kraftigt belastad av kompression vilket, tillsammans med den höga termiska belastningen, medför att ytbeläggningen flagar av. En generell nackdel med dylika värmeskyddande ytbeläggningar i t.ex. raketmotorapplikationer är att den belagda komponenten ökar i vikt.

REDOGÖRELSE FÖR UPPF INN INGEN: Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfmning är att tillhandahålla en väggstruktur som står emot en kraftig termisk belastning och har en längre livslängd jämfört med tidigare teknik. Detta syfte uppnås med kännetecknen i krav l. De beroende kraven innehåller fördelaktiga utformningar, ytterligare utvecklingar och varianter av uppfinningen.

Uppfinningen avser en väggstruktur, avsedd att utsättas för en termisk belastning, innefattande åtminstone två lager: ett första lager och ett andra lager, varvid det andra lagret är beläget närmare nämnda termiska belastnings källa än det första lagret, och varvid nämnda första och andra lager är anordnade att medge ledning av värme fiån det andra lagret till det första lagret. Uppfinningen karakteriseras av att vart och ett av nämnda första och andra lager är anpassade att bära en signifikant del av en strukturlast, och att det andra lagret uppvisar en högre värmeledningsförrnåga och/eller en lägre värmeutvidgning än det första lagret. Denna design har den fördelaktiga effekten att den reducerar den tenniska töjningen och dess effekter i väggstrukturen, vilket i sin tur förlänger livslängden. I korthet kan detta förklaras på följande sätt: Det första kännetecknet, d.v.s. att båda lagren bär en strukturlast, har effekten att väggens tjocklek kan hållas vid ett minimum, m.a.o. är det inte nödvändigt att öka väggtj ockleken bara för att strukturen innefattar två lager. Det andra kärmetecknet kan delas 10 15 20 25 30 522 848 4 upp på två: i) En högre värmeledningsförrnåga i det andra lagret sänker både temperaturnivåema och minskar temperaturgradienten i väggstrukturen. Eftersom den termiska töjningen beror på temperaturen och materialets värmeutvidgning kommer detta sänka de absoluta värdena på den termiska töjningen och göra den termiska töjningsprofilen genom väggstrukturen mer jämn, ii) En lägre värmeutvidgning i det andra lagret minskar utvidgningen i den varmaste delen av strukturen vilket både minskar den mest extrema termiska töjningen och ger en mer järrm termisk töj ningsprofil. Både lägre töj ningsvärden och en jämnare töjningsprofil har en gynnsam effekt på väggstrukturens livslängd.

En ytterligare fördel med att låta båda lagren uppbära strukturlaster är att ingen ytterligare "dödvikt" läggs på konstruktionen, som exempelvis är fallet med värmeskyddande ytbeläggningar. Dessutom medför avsaknad av värmeskyddande ytbeläggning att de lastbärande delarna av våggstrukturen blir åtkomliga för inspektion. En ytterligare fördelaktig effekt av sänkta temperatumivåer är att det leder till förbättrade materialegenskaper såsom högre strukturell hållfasthet.

I en första fördelaktig utföringsform av uppfinningen uppvisar det andra lagret både en högre värmeledningsförmåga och en lägre värmeutvidgning än det första lagret. Härigenom kan de fördelaktiga effektema av var och en av dessa materialegenskaper samverka och bilda en ytterligare förbättrad design.

I en andra fördelaktig utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda väggstruktur kylkanaler som är placerade på den sida av det andra lagret som är motstående värmekällans sida, varvid nämnda kylkanaler är anpassade för att genomströmmas av ett kylmedel.

Kylkanaler anordnade på detta sätt ger upphov till en stor temperaturgradient i väggstrukturen vilket förstärker uppfinningens fördelaktiga effekter.

I en tredje fórdelaktig utföringsform av uppfinningen är nämnda kylkanaler placerade på ett avstånd från det andra lagret. En sådan utforrrming möjliggör användning av vätekänsliga material i det andra lagret även i situationer då väte används som kylmedel.

I en fjärde fördelaktig utföringsfonn av uppfinningen är nämnda kylkanaler placerade i anslutning till det första lagret, företrädesvis är nämnda kylkanaler placerade åtminstone delvis inne i det första lagret. Ett sådant arrangemang medför en gyrmsarn konstruktion. 10 15 20 25 30 522 848 5 I en femte tördelaktig utföringsform av uppfinningen utgörs det första lagret huvudsakligen av ett första metalliskt material, och det andra lagret huvudsakligen av ett andra metalliskt material, varvid det andra metalliska materialet har en högre värmeledningsfönnåga och/eller en lägre värmeutvidgning än det första metalliska materialet. Efiersom metall är ett lämpligt konstruktionsmaterial medför detta en gynnsam konstruktion.

I en sjätte fördelaktig utföringsform av uppfinningen innehåller det andra lagret keramiska partiklar. Härigenom kan värmeutvidgningen i det andra lagret minskas ytterligare.

KORT BESKRIVNING AV F IGURER: Uppfmningen kommer nu beskrivas mer i detalj med hänvisning till följande figurer där: Figur l visar en tördelaktig utßringsform av uppfinningen, Figur 2 schematiskt visar uppfinningens fördelaktiga effekter i ett temperaturdiagram, Figur 3 schematiskt visar uppfinningens fördelaktiga effekter i ett töjningsdiagram.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: Figur l visar en fördelaktig uttöringsforrn av uppfinningen i vilken en väggsnukttir 2 bildar en "thrust chamber" 1, d.v.s. en törbränningskammare med munstycke. Som visas i den íörstorade delen av figur 1 innefattar väggstrukturen 2 ett första lager 5 och ett andra lager 6.

Det andra lagret 6 är beläget på den varma sidan 8 av väggstrukturen 2, d.v.s. den sida av väggstrukturen 2 som är vänd mot en värmekälla som, åtminstone emellanåt, utsätter väggstrukturen 2 för en termisk belastning. I detta fall är värmekällan de varma gasema inuti förbränningskainmaren/muristycket. Det första lagret är försett med kylkanaler 7 som är anpassade att genomströmmas av ett kylmedel.

Vart och ett av lagren 5, 6 bär en signifikant del av en strukturlast. I den utföringsform som visas i figur l har de två lagren 5, 6 likartade hållfasthetsegenskaper vilket betyder att väggstrukturens 2 totala tjocklek inte behöver ökas p. g.a. att konstruktionen innefattar två lager. I princip gäller att om det andra lagrets 6 tjocklek ökas med ett visst värde så kan det första lagrets 5 tjocklek minskas med samma värde. Vidare är de två lagren 5, 6 sammanfogade på så sätt att värme kan ledas från ett lager till ett armat, och det andra lagret 6 uppvisar en högre värmeledningsförmåga och en lägre värmeutvidgning än det första lagret 5. 10 15 20 25 30 522 848 b Strukturlasten är laster som uppbärs av strukturen i form av spänningar. Lastemas ursprung kan t.ex. vara tryck, värrnespänning, tröghetskrafier (d.v.s. acceleration) och mekaniska krañer vid gränsytor. Med att säga att vart och ett av lagren 5, 6 är anpassade att bära en signifikant del av en strukturlast menas att båda lagren 5, 6 bidrar till att bära upp strukturen.

Detta står i kontrast till den tidigare nämnda kända tekniken där innerväggen är försedd med en värmeskyddande ytbcläggning som inte bär en signifikant del av strukturlasten.

Då temperaturen stiger i förbränningskammaren/munstycket 1, d.v.s. då den termiska belastningen anbringas på väggstrukturen, kommer temperaturen att stiga i väggstrukturen 2 och en temperaturgradient kommer att utvecklas i väggstrukturen 2. De högsta temperaturerna i väggstrukturen 2 kommer givetvis att vara i de yttersta delarna av det andra lagret 6 som är belägna närmast värmekällan. I riktning mot kylkanalema 7 och den andra, kallare sidan 9 av väggstrukturen 2 kommer temperaturen successivt att minska. Den största temperaturgradienten, d.v.s. den brantaste temperaturprofilen, i väggstrukturen 2 kommer naturligtvis att vara i delen mellan den varma sidan 8 och kylkanalerna 7 genom vilka kylmedel strömmar. En sådan del har givits hänvisningen 10 i figur l.

Generellt expanderar konstruktionsmaterial då temperaturen stiger. Ju högre temperatur, desto större utvidgning. Om denna utvidgning inte kan absorberas fullkomligt genom t.ex. deformation av konstruktionen kommer den att ge upphov till kompressionsspänníngar, d.v.s. en negativ termisk töjning, i konstruktionen. Den terrniska töj ningen i en viss punkt beror både på temperaturen och materialets värmeutvidgning. En termisk töjningsprofil i ett visst material kommer sålunda att i princip ha samma form som temperaturprofilen. En hög termisk töjning minskar materialets hållbarhet. Uppfinningen minskar den terrniska töjningen i väggstrukturen, eller åtminstone eliminerar de mest extrema värdena i den termiska töjningsprofilen. Detta beskrivs mer utförligt nedan.

Figur 2 visar ett typiskt temperaturdiagrarn över den del med den största temperaturgradienten i väggstrukturen 2, d.v.s. del 10 i figur 1. Den övre sektionen av diagrammet representerar det första lagret 5 och den undre sektionen representerar det andra lagret 6. Den heldragna linjen K på höger sida av figuren visar en typisk temperaturprofil av delen 10 under exponering av en termisk belastning. För att tydligt visa uppfinningens fördelaktiga effekt har temperaturprofilen för en konstruktion av konventionell enlager-typ lagts till i figur 2 som jämförelse. I denna konstruktion finns inget andra lager 6 utan istället har det första lagrets 5 10 l5 20 25 30 522 848 i tjocklek utökats för att ersätta det andra lagret 6 så att den totala tjockleken blir densamma och så att hela delen 10 uppvisar samma värmeledningsförrnåga och värmeutvidgning som det första lagret 5. Temperaturprofilen för den konventionella konstruktionstypen visas med den streckade linjen L på höger sida av figuren. Som kan ses av figur 2 är temperaturprofilen för den konventionella konstruktionen en rät linje (streckad linje L) medan den för den uppfinningsenliga väggstrukturen 2 har en annan, fördelaktig lutning i det andra lagret 6 (heldragen linje K) beroende på den höga värmeledningsfónnågan i detta lager.

Temperaturerna i högtemperaturdelen av temperaturprofilen är sålunda lägre i den uppfinningsenliga väggstrukturen 2 än i en konstruktion av konventionell typ.

De typiska temperaturprofilema i figur 2 ger upphov till motsvarande typiska töjningsprofiler.

Ett sådant typiskt töjningsdiagram över delen 10 i figur l visas i figur 3. Den övre sektionen av diagrammet representerar det första lagret S och den undre sektionen representerar det andra lagret 6. Som nämnts ovan uppvisar det andra lagret 6 både en högre värmeledningsförmåga och en lägre värmeutvidgning än det första lagret 5. En typisk töjningsprofil för delen 10 under exponering av en termisk belastning visas med den heldragna linjen K på vänster sida i diagrammet. Det negativa värdet på töjningen (e) är ett resultat av kompressionskrafter orsakade av termisk expansion. I likhet med temperaturdiagrammet som visas i figur 2 har en typisk töjningsprofil för en konstruktion av konventionell typ lagts till i figur 3 som jämförelse för att tydligt visa uppfinningens fördelaktiga effekt. I demra konstruktion finns inget andra lager 6 utan istället har det första lagrets 5 tjocklek utökats för att ersätta det andra lagret 6 så att den totala tj ockleken blir densamma och så att hela delen 10 uppvisar samma värmeledningsförmåga och värrneutvidgning som det första lagret 5. Töjningsprofilen för den konventionella konstruktionstypen visas med den streckade linjen L på vänster sida av figuren. Som kan ses av figur 3 är töjningsprofilen för den konventionella konstruktionen en rät linje medan töjningsprofilen för den uppfinningsenliga väggstrukturen 2 både har en arman, fördelaktig lutning och är förflyttad mot noll töjning i det andra lagret 6. Den fördelaktiga lutningen beror på det andra lagrets 6 höga värmeledriingsförrnåga medan förflyttningen mot noll töjning beror på det andra lagrets 6 lägre värmeutvidgning. Värmetöjningen i hög-töjningspartiet av töjningsprofilen blir sålunda lägre i den uppfinningsenliga väggstrukturen 2 än i en konstruktion av konventionell typ. 20 25 30 522 848 8 Två andra linjer, K' och K", visas också i figur 3. Linjen K' representerar ett fall där det andra lagrets 6 värmeutvidgning är samma som det första lagrets 5, medan det andra lagrets 6 värmeledningsförmåga är högre än det första lagrets 5. Linjen K" representerar ett annat fall där det andra lagrets 6 värmeledningsförmåga är samma som det första lagrets 5, medan det andra lagrets 6 värmeutvidgning är lägre än det första lagrets 5. Figur 3 visar att den termiska töjningen i väggstrukturen 2 i båda dessa fall är lägre än i den konventionella strukturtypen (streckad linje L). Det är sålunda tillräckligt att det andra lagret 6 uppvisar antingen en högre värmeledningsförrnåga eller en lägre värmeutvidgning än det första lagret 5 för att uppnå den fördelaktiga effekten att minska värmetöjningen i väggstrukturen 2 jämfört med en konventionell konstruktionstyp. Det är även möjligt att åstadkomma nämnda effekt om det andra lagret 6 uppvisar en värmeledningsförmåga som är något lägre än värmeledningsförmågan i det första lagret 5, förutsatt att värmeutvidgningen i det andra lagret 6 är tillräckligt mycket lägre än i det första lagret S. Nämnda effekt kan också åstadkommas om det andra lagret 6 uppvisar en värmeutvidgning som är något högre än värmutvidgningen i det första lagret 5, förutsatt att värmeledningsförmågan i det andra lagret 6 är tillräckligt mycket högre än i det första lagret 5. Givetvis åstadkoms den största effekten om det andra lagret 6 uppvisar både en högre värmeledningsförmåga och en lägre värmeutvidgning än det första lagret 5, såsom den uppfinningsenliga utföringsformen visad i figur l och såsom visas av linjen K i figur 3.

Det är inte nödvändigt att de två lagren 5, 6 har samma hållfasthetsegenskaper för att använda sig av uppfinningen. Det är sålunda inte nödvändigt att den sammanlagda väggtjockleken av det första och det andra lagret 5, 6 är densamma som för den konventionella konstruktionen av enlagerstyp som beskrivits ovan i samband med den streckade linjen L i figur 2 och 3.

Uppfinningen har en fördelaktig påverkan på den termiska töjningen även då väggtjockleken är något ökad jämfört med den konventionella konstruktionen, förutsatt att effekten av att använda andra materialegenskaper i det andra lagret 6 är tillräcklig. Det är sålunda inte nödvändigt att de två lagren 5, 6 är lika väl anpassade att bära strukturlasten eftersom det finns möjlighet att öka tjockleken på det ena eller båda lagren 5, 6. Den uppfinningsenliga fördelaktiga effekten är dock som mest tydlig om väggtjockleken är så liten som möjligt, och effekten minskar med ökande väggtj ocklek. Givetvis är minskning av väggtj ockleken viktig i vilket fall för att hålla nere vikten. 10 20 25 30 522 848 'i Den uppfinningsenliga tvålager-strukturen gör det möjligt att använda sig av ett första material i det första lagret 5 och ett andra material i det andra lagret 6 och sålunda att kombinera olika materials olika fysikaliska/materiella egenskaper på ett fördelaktigt sätt.

Förutom kombinationen av terrniska egenskaper som beskrivits ovan möjliggör uppfinningen kombination av egenskaper som hänför sig till exempelvis kostnad och bearbetning/tillverkning. Ett material som är lärnpligt för användning i det andra lagret 6 beroende på dess tenniska egenskaper kan t.ex. vara för kostsamt, tungt eller svårt att bearbeta för att användas i hela väggstrukturen 2. Enligt uppfinningen kan ett sådant material kombineras med ett annat material som är mindre kostsamt, lättare eller enklare att bearbeta och som kan bilda det första lagret 5.

För användning av uppfmningen är det inte nödvändigt att väggstrukturen 2 är försedd med kylkanaler 7 eller att ett kylmedel för detta speciella ändamål överhuvudtaget används, men uppfmningens fördelar förstärks i ett sådant fall, i synnerhet om väte används som kylmedel.

För det första ger närvaron av både en värmekälla och ett kylmedel upphov till en stor temperaturgradient. I ett sådant fall är det särskilt viktigt att vidta åtgärder för att reducera den termiska töjningen i väggstrulcturen. För det andra kan ett visst material uppvisa egenskaper . som är mycket lämpliga för användning i en väggstrliktur av den typ som diskuteras här, förutom att materialet är känsligt för väteexponering. Enligt den uppfinningsenliga utföringsfomien som visas i figur l kan ett sådant material trots allt användas i det andra lagret 6 eftersom kylkanalema 7 är placerade på ett avstånd från det andra lagret 6 så att det material som bildar detta lager inte kommer i kontakt med kylmedlet, d.v.s. vätet.

Företrädesvis utgörs det första lagret 5 huvudsakligen av ett första metalliskt material och det andra lagret 6 huvudsakligen av ett andra metalliskt material, varvid det andra metalliska materialet har en högre värmeledningsförrnåga och en lägre värmeutvidgning än det första metalliska materialet.

En lärnplig kombination av metalliska material är att använda austenitiskt rostfritt stål i det första lagret 5 och ferritiskt-martensitiskt rostfritt stål i det andra lagret 6. Ett exempel är att använda "Nitronic40" i det första lagret 5 och "INCO 600" eller "Greek alloy" i det andra lagret 6. En sådan kombination minskar väggstrukturens töjning ner till ungefär 75% av vad den skulle vara med enbart "Nitronic40" i båda lagren. En ärmu kraftigare minskning av 10 15 20 25 30 522 848 IO töjningen kan erhållas genom att använda "Nitronic40" i det första lagret 5 och ren nickel i det andra lagret 6.

En minskning av töjningen till 75% förlänger livslängden betydligt, ungefär tre gånger.

I Istället för att förlänga livslängden kan en reducerad töj ning utnyttjas till att förenkla tillverkningen, exempelvis genom att öka toleransema eller minska antalet kylkanaler och på så vis minska tillverkningskostnadema.

En typisk tjocklek för delen 10, d.v.s. ett typiskt avstånd mellan den varma sidan 8 och kylkanalerna 7, är i intervallet 0,6 till 0,9 mm. F öreträdesvis är det andra lagrets 6 tjocklek ungefär halva tjockleken av delen 10, d.v.s. ungefär 0,4 mm.

I en ytterligare utveckling av den uppfinningsenliga utföringsformen enligt figur l innehåller det andra lagret 6 keramiska partiklar ñr att ytterligare minska den termiska töjningen.

Generellt uppvisar keramiska material en mycket liten värmeutvidgning jämfört med metalliska material och genom att blanda in ett sådant material i det andra lagret 6 reduceras det andra lagrets 6 värmeutvidgning. Många keramiska material uppvisar också nöjaktiga till utrnärkta värmeledningsegenskaper. Om det keramiska materialets värmeledningsfönnåga är låg är den mängd keramiskt material som kan blandas in i det andra lagret 6 utan att förlora den fördelaktiga tenniska effekten begränsad. En väldigt stor andel keramiskt material i det andra lagret 6 skulle leda till en betydande minskning av det andra lagrets 6 förmåga att bära strukturlasten. I ett sådant fall måste väggtj ockleken ökas vilket påverkar den terrniska töjningsprofilen och lägger på vikt på väggstrukturen 2. I vissa situationer kan man tillåta att väggtjockleken ökas förutsatt att de termiska egenskaperna förbättras i tillräckligt hög grad.

Ett stort antal olika keramiska material såsom oxider, karbider och nitrider är lämpliga för inblandning i det andra lagret 2. Om det andra lagret 6 anbringas på det första lagret 5 genom lasersintring är karbider och nitrider att föredra eftersom oxider absorberar för mycket av laserenergin. Exempel på lämpliga keramiska material är aluminiumnitrid, titannitrid, aluminiumkarbid, titankarbid och kiselkarbid. Företrädesvis är formen på de keramiska partiklar som är integrerade i det andra lagret 6 sfáriska för att minimera koncentration av spänning vid den hålighet som fylls av partikeln. De keramiska partiklarnas storlek är företrädesvis mycket mindre än det andra lagrets 6 tjocklek. 10 15 20 25 30 522 848 H En föredragen metod för tillverkning av väggstrukturen enligt figur 1 kommer nu att beskrivas. Utgångsmaterialet är en primärplåt och i ett första steg av tillverkningsmetoden formas plåten till en lämplig form, t.ex. en kon. I ett andra steg anbringas det andra lagret 6 på primärplåten medelst lasersintring av metallpulver. Nämnda primärplåt bildar sålunda en del av det första lagret 5 enligt figur 1. I detta andra steg är det viktigt att det anbringade andra lagrets 6 tjocklek i varje punkt överskrider ett visst minsta värde. I ett tredje steg bearbetas det andra lagret 6, lämpligen genom svarvning, för att anta en järrm tjocklek. I ett fjärde steg fräses primärplåten, d.v.s. delen av det första lagret 5, från den kalla sidan 9 av väggstrukturen 2 för att bilda spår som senare kommer att utgöra kylkanaler 7. I ett femte steg svetsas en sektmdärplåt fast mot primärplåten, d.v.s. till delen av det första lagret 5, som ett lock på spåren/kylkanalema 7. Genom att använda samma material för både primärplåten och sektmdärplåten kommer dessa två plåtar att tillsammans bilda det första lagret 5 enligt figur l.

Naturligtvis är det möjligt att använda olika material i primärplåten och sekundär-plåten.

Om ett keramiskt material skall inblandas i det andra lagret 6 blandas lämpligen ett keramiskt pulver in i metallpulvret i det andra steget.

Lasersintring är en fördelaktig teknik efiersom det ger god vidhäfilxing till primärplåten; två stycken kan i princip integreras till ett stycke. Dessutom ger lasersintring ett kompakt och starkt material.

Som alternativ till lasersintring är det också möjligt att använda exempelvis elektrodeposition eller plasmasprutning för att anbringa det andra lagret 6 på primärplåten. Ett annat alternativ är att anbringa det andra lagret 6 vid plåtvalsning och sålunda att i tillverkningsmetoden utgå från en valsad compound-plåt som innehåller både det första och det andra lagret 5, 6. Ett ytterligare alternativ är att fonna primärplåten till en lämplig form och använda sprängplätering ("explosive cladding") för att anbringa det andra lagret 6 på primärplåten.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsforrnerna, utan ett antal modifieringar är möjliga inom ramen för de efterföljande kraven. Exempelvis kan väggstrukturen 12 innefatta ytterligare lager med olika materíalegenskaper. Ett exempel är att locket på spåren/kylkanalema 7 kan utgöras av ett armat material för att minska den töjning som orsakas av temperaturgradienten genom hela väggen, d.v.s. från den varma sidan 8 till den kalla sidan 9. Ytterligare lager kan också placeras vid eller mellan det första och det andra 10 522 848 Il lagret 5, 6. Genom användning av olika materialegenskaper i dessa ytterligare lager är det möjligt att bilda en flerlagerstruktur för att ytterligare minska de negativa effektema av den termiska töj ningen i väggen.

I vissa applikationer kan det vara fördelaktigt att täcka insidan av kylkanalema 7 med ett material som är beständigt mot kylmedlet.

Vidare är inte den uppfinningsenliga väggstrukturen begränsad till raketmotorkomponenter, den kan också användas i andra applikationer där en betydande värmebelastning utvecklas, såsom i fórbränningskarnmare, jetmotorer och turbiner.

Claims (7)

10 15 20 25 30 522 848 få PATENTKRAV :

1. l. Väggstruktur (2), avsedd att utsättas för en termisk belastning, innefattande åtminstone två lager: ett första lager (5) och ett andra lager (6), varvid det andra lagret (6) är beläget närmare nämnda terrniska belastnings källa än det första lagret (5), och varvid nämnda första och andra lager (5, 6) är anordnade att medge ledning av värme från det andra lagret (6) till det första lagret (5), kännetecknad av att vart och ett av nämnda första och andra lager (5, 6) är anpassade att bära en signifikant del av en strukturlast, och att det andra lagret (6) uppvisar en högre värmeledningsförmåga och/eller en lägre värmeutvidgning än det första lagret (6).

2. Väggstruktur (2) enligt krav l, kännetecknad av att nämnda väggstruktur (2) innefattar kylkanaler (7) som är placerade på den sida av det andra lagret (6) som är motstående värmekällans sida, varvid nämnda kylkanaler (7) är anpassade för att genomströmmas av ett kylmedel.

3. Väggstniktur (2) enligt krav 2, kännetecknad av att närnnda kylkanaler (7) är placerade på ett avstånd från det andra lagret (6).

4. Väggstruktur (2) enligt krav 3, kännetecknad av att nämnda kylkanaler (7) är placerade i anslutning till det första lagret (5), ßreträdesvis att nämnda kylkanaler (7) är placerade åtminstone delvis inne i det första lagret (5).

5. Väggstruktur (2) enligt något av ovanstående krav, kännetecknad av att det första lagret (5) huvudsakligen utgörs av ett första metalliskt material, och att det andra lagret (6) huvudsakligen utgörs av ett andra metalliskt material, varvid det andra metalliska materialet har en högre värmeledningsfönnåga och/eller en lägre värmeutvidgning än det första metalliska materialet. 522 848 /4

6. Väggstruktur (2) enligt krav 5, kännetecknad av att det andra lagret (6) innehåller keramiska partiklar.

7. Raketmotorkomponent (1) kännetecknad av att den innefattar en väggsuuktrrr (2) enligt något av krav 1 till 6.