一种燃烧室结构及液体火箭发动机

文档序号:463865 发布日期:2021-12-31 浏览:31次 >En<

阅读说明:本技术 一种燃烧室结构及液体火箭发动机 (Combustion chamber structure and liquid rocket engine ) 是由 杨瑞康 宣智超 韩建业 于 2021-09-15 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种异种金属的燃烧室结构及燃烧室,包含两端相通且内部设有流道的燃烧室外壁及燃烧室内壁和用于固定燃烧室外壁与燃烧室内壁的连接部。连接部在燃烧室内壁和燃烧室外壁之间形成位于燃烧室内壁和燃烧室外壁之间的凸肋。燃烧室外壁位于燃烧室内壁的外侧,且沿燃烧室外壁周向内表面均匀设有多个第一开槽,沿燃烧室内壁周向外表面设有分别与多个第一开槽匹配设置的多个第二开槽。连接部沿燃烧室外壁径向方向的两端分别与第一开槽和所述第二开槽内壁贴紧以使所述燃烧室外壁与所述燃烧室内壁连接。在所述燃烧室内壁和所述燃烧室外壁之间,相邻的所述连接部之间形成供液体和/或气体介质流通的冷却通道。该结构具有设计合理,便于操作。(The invention discloses a combustion chamber structure and a combustion chamber of dissimilar metals, which comprise a combustion chamber outer wall, a combustion chamber inner wall and a connecting part, wherein the two ends of the combustion chamber outer wall are communicated, a flow channel is arranged in the combustion chamber outer wall, and the connecting part is used for fixing the combustion chamber outer wall and the combustion chamber inner wall. The connecting part forms a convex rib between the inner wall of the combustion chamber and the outer wall of the combustion chamber. The outer wall of the combustion chamber is located on the outer side of the inner wall of the combustion chamber, a plurality of first grooves are uniformly formed in the circumferential inner surface of the outer wall of the combustion chamber, and a plurality of second grooves which are matched with the first grooves are formed in the circumferential outer surface of the inner wall of the combustion chamber. Two ends of the connecting part along the radial direction of the outer wall of the combustion chamber are respectively attached to the inner walls of the first open groove and the second open groove so that the outer wall of the combustion chamber is connected with the inner wall of the combustion chamber. And a cooling channel for circulating liquid and/or gas media is formed between the inner wall of the combustion chamber and the outer wall of the combustion chamber and between the adjacent connecting parts. The structure has reasonable design and is convenient to operate.)

一种燃烧室结构及液体火箭发动机

技术领域

本发明涉及液体火箭领域,特别涉及一种燃烧室结构及液体火箭发动机。

背景技术

航天器发动机技术随着航天行业的发展得到了快速升级。作为发动机的主要部件,液体火箭发动机的燃烧室、换热器是完成推进剂能量转化和产生推力作用的关键部件。而燃烧室、换热器分别由内壁、外壁构成,通常需要将带有沟槽的内壁与外壁连接起来,进行承压,并通过沟槽进行介质的流通。

在内壁与外壁连接时,为了兼顾热传导、强度、重量等因素,在燃烧室设计时,通常采用内壁是铜-外壁是钢、钛等材料的结构设计,以满足热防护、增加强度及降低重量等需求。传统的加工方式为在内壁外侧加工出凸肋,通过钎焊、扩散焊的方式进行内壁与外壁的连接。由于铜与钛在高温下会发生器剧烈的溶蚀、某些钛合金(如TA15、TC4等)之间焊接性较差,进而增加了内壁、外壁焊接的难度,影响燃烧室的生产效率。

因此,怎样提供一种异种金属的燃烧室结构,具有设计合理,便于操作,结构稳定,可以提高生产效率,是目前所要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃烧室结构及燃烧室,具有设计合理,便于操作,结构稳定,可以提高生产效率等优点。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种燃烧室结构,包含两端相通且内部设有流道的燃烧室外壁及燃烧室内壁和用于固定所述燃烧室外壁与所述燃烧室内壁的连接部,所述连接部在所述燃烧室内壁和所述燃烧室外壁之间形成位于燃烧室内壁和燃烧室外壁之间的凸肋,其中,

所述燃烧室外壁位于所述燃烧室内壁的外侧,且沿所述燃烧室外壁周向内表面均匀设有多个第一开槽,沿所述燃烧室内壁周向外表面设有分别与所述多个第一开槽匹配设置的多个第二开槽,所述连接部沿所述燃烧室外壁径向方向的两端分别与所述第一开槽和所述第二开槽内壁贴紧以使所述燃烧室外壁与所述燃烧室内壁连接;在所述燃烧室内壁和所述燃烧室外壁之间,相邻的所述连接部之间形成供液体和/或气体介质流通的冷却通道。

进一步的,所述燃烧室外壁包含一体成型设计的外筒体和外锥部,所述外锥部的大端部与所述外筒体一端连接,且所述外锥部的小端部位于远离所述外筒体一侧;所述燃烧室内壁包含一体成型设计的内筒体和内锥部,所述内锥部的大端部与所述内筒体一端连接,且所述内锥部的小端部位于远离所述内筒体一侧。

进一步的,所述外筒体和所述外锥部的过渡部位为第一弯弧结构。

进一步的,所述第一开槽包含沿所述外筒体轴向设置的第一内槽体和沿所述外锥部母线设置的第一内槽部,所述第一内槽体与所述第一内槽部相互连通。

进一步的,沿所述外筒体径向方向相截,所述第一内槽体的外形为第一T 字型结构,且所述连接部沿所述外筒体径向方向的一端与所述第一T字型结构内表面紧贴。

进一步的,所述内筒体和所述内锥部的过渡部位为第二弯弧结构;所述第二开槽包含沿所述内筒体轴向设置的第二外槽体和沿所述内锥部母线设置的第二外槽部,所述第二外槽体与所述第二外槽部相互连通。

进一步的,沿所述内筒体径向方向相截,所述第二外槽体外形为第二T字型结构,且所述连接部沿所述外筒体径向方向的另一端与所述第二T字型结构内表面紧贴。

进一步的,所述连接部包括配合所述内筒体与所述外筒体部分的第一长条肋、配合所述内筒体与所述内锥部以及所述外筒体与所述外锥部的过渡部位的圆形肋和配合所述内锥部与所述外锥体的第二长条肋。

进一步的,在所述燃烧室外壁两端的所述连接部与所述燃烧室外壁通过焊接固定。

本发明还提供一种液体火箭发动机,采用上述任一项的异种金属的燃烧室结构制备。

与现有技术相比,本发明实施例的有益效果至少是如下之一:

(1)该种异种金属的燃烧室结构由燃烧室外壁、燃烧室内壁和连接部组成,连接部沿燃烧室外壁径向方向的两端分别与第一开槽和第二开槽内壁贴紧以使燃烧室外壁与燃烧室内壁连接。整个连接过程可以减少焊接,从而减少因焊接产生的大量热量使得燃烧室外壁与燃烧室内壁连接不牢固的缺点,进而使得燃烧室外壁和燃烧室内壁之间连接更加紧密,固定更加牢固,整个结构稳定。

(2)由于连接部的两端分别与第一开槽和第二开槽内壁贴紧以使燃烧室外壁与燃烧室内壁连接,方便连接部的安装与拆卸的同时,保证燃烧室外壁与燃烧室内壁完好,可以重复利用。即当燃烧室外壁与燃烧室内壁需要单独修复时,可以拆除连接部,进而使得燃烧室外壁与燃烧室内壁分离,从而可以精确对燃烧室外壁与燃烧室内壁进行修复,并重复利用,起到节约成本作用。

(3)通过沿燃烧室外壁周向内表面均匀设有多个第一开槽以及沿燃烧室内壁周向外表面设有分别与多个第一开槽匹配设置的多个第二开槽,多个第一开槽与多个第二开槽周向的设置使得连接部将燃烧室外壁与燃烧室内壁连接时的受力更加均匀,进而防止燃烧室外壁与燃烧室内壁因受力不均发生形变,从而有利于燃烧室安全使用。

(4)连接部在燃烧室内壁和燃烧室外壁之间形成位于燃烧室内壁和燃烧室外壁之间的凸肋,相邻的凸肋之间形成冷却通道,不仅可以便于液体和/或气体介质流通,保证液体和/或气体介质稳定、均匀的输出,而且低温的液体和/或气体介质通过冷却通道后,可以带走燃烧室表面的热量,保证燃烧室正常应用。

整个装置具有设计合理,便于操作,可以提高生产效率等优点。

附图说明

附图1为本发明燃烧室的立体图;

附图2为本发明燃烧室外壁、燃烧室内壁与连接部连接的结构简图;

附图3为本发明第一长条肋、圆形肋和第二长条肋的结构简图;

附图4为本发明燃烧室外壁、燃烧室内壁与连接部焊接的结构简图;

附图5为本发明燃烧室内壁的立体图;

附图6为本发明燃烧室外壁的立体图。

附图标记说明:

1燃烧室外壁 2燃烧室内壁

3连接部 4第一开槽

5第二开槽 6外筒体

7外锥部 8内筒体

9内锥部 10第一长条肋

11圆形肋 12第二长条肋

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神,任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后,当可由本发明内容所教示的技术,加以改变及修饰,其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。另外,在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等,并非特别指称次序或顺位的意思,也非用以限定本发明,其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语,例如:上、下、左、右、前或后等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等,均为开放性的用语,即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”,包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等,用以修饰任何可以微变化的数量或误差,但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言,此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20%,在部分实施例中可为10%,在部分实施例中可为5%或是其他数值。本领域技术人员应当了解,前述提及的数值可依实际需求而调整,并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论,以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

本发明的实施例提供了一种燃烧室结构。请参阅图1、图2、图3、图 4、图5和图6所示,该种异种金属的燃烧室结构,包含两端相通且内部设有流道的燃烧室外壁1及燃烧室内壁2和用于固定燃烧室外壁1与燃烧室内壁2的连接部3。连接部3在燃烧室内壁1和燃烧室外壁2之间形成位于燃烧室内壁1和燃烧室外壁2之间的凸肋。燃烧室外壁1位于燃烧室内壁2的外侧,且沿燃烧室外壁1周向内表面均匀设有多个第一开槽4,沿燃烧室内壁2周向外表面设有分别与所述多个第一开槽4匹配设置的多个第二开槽5,连接部3沿燃烧室外壁1径向方向的两端分别与第一开槽4和第二开槽5内壁贴紧以使燃烧室外壁1与燃烧室内壁2连接。在燃烧室内壁2和燃烧室外壁1之间,相邻的连接部3之间形成供液体和/或气体介质流通的冷却通道。

需要说明的是,在本实施方式中,燃烧室外壁1包含一体成型设计的外筒体6和外锥部7,外锥部7的大端部与外筒体6一端连接,且外锥部7的小端部位于远离外筒体6一侧。燃烧室内壁2包含一体成型设计的内筒体8和内锥部9,内锥部9的大端部与内筒体8一端连接,且内锥部9的小端部位于远离内筒体8 一侧。

请参阅图1、图2、图5和图6所示,为了方便液体和/或气体介质流通,减少液体和/或气体介质对外筒体6和外锥部7的过渡部位的冲击压力,例如,外筒体6和外锥部7的过渡部位为第一弯弧结构,通过第一弯弧结构的设计可以增加液体和/或气体介质的接触面积,进而减小第一弯弧结构表面的压力,可以防止过渡部位发生形变,进而方便液体和/或气体介质流通。为了配合第一弯弧结构,保证液体和/或气体介质流通顺畅,例如,将内筒体和内锥部的过渡部位设计为第二弯弧结构,液体和/或气体介质从第一弯弧结构与第二弯弧结构之间的间隙处流通。

另外,为了方便连接体3的安装,例如,第一开槽4包含沿外筒体6轴向设置的第一内槽体和沿外锥部7母线设置的第一内槽部,第一内槽体与第一内槽部相互连通;第二开槽5包含沿内筒体8轴向设置的第二外槽体和沿内锥部9母线设置的第二外槽部,第二外槽体与第二外槽部相互连通。

在本实施方式中,为了方便固定连接体3,使得连接体3与第一开槽4和第二开槽5连接,例如,沿外筒体6径向方向相截,第一内槽体的外形为第一T字型结构,且连接部3沿外筒体6径向方向的一端与第一T字型结构内表面紧贴;沿内筒体8径向方向相截,第二外槽体外形为第二T字型结构,且连接部沿外筒体6径向方向的另一端与第二T字型结构内表面紧贴。

进一步需要说明的是,请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6所示,为了方便连接部的安装,例如,连接部3包括配合内筒体8与外筒体6部分的第一长条肋10(两端的外形配合第一内槽体与第一外槽体,例如,两端外形与第一T字型结构和第二T字型结构相互匹配设设置,也即第一长条肋的横截面呈工字型)、配合内筒8与内锥部9以及外筒体6与外锥部7的过渡部位的圆形肋 11(由于过渡部位为弯弧结构,例如,圆形肋的沿燃烧室外壁径向方向的两端为依次排列的多个配合圆柱,且配合圆柱两端之间包括与配合圆柱一体成型且依次排列的多个支撑圆柱,支撑圆柱的直径小于两端的配合圆柱,且两端的配合圆柱分别与第一开槽和第二开槽内表面贴紧,同时两端的配合圆柱可以分别在第一开槽和第二开槽内自由移动)和配合内锥部9与外锥体7的第二长条肋。此外,为了方便使用,例如,可以将第二长条肋与第一长条肋设计成形状相同的肋。

值得注意的是,在实际使用时,为了保证位于燃烧室外壁1与燃烧室内壁 2的连接部3固定牢固,避免连接部脱离,例如,将燃烧室外壁1两端的连接部 3与燃烧室外壁1通过焊接固定。为了减少焊接过程中对燃烧室外壁1的影响 (焊接时产生的高温使得燃烧室外壁1发生形变),例如,可以通过激光焊接,即通过一道激光束沿燃烧室外壁周向外表面将连接部3与燃烧室外壁1焊接。由于位于燃烧室外壁1两端的连接部3与燃烧室外壁1焊接连接,进而避免位于燃烧室外壁1与燃烧室内壁2之间的连接部3脱落(两端的连接部相当于门被焊接固定,可以防止连接部位于内部的部分脱落)。为了进一步固定连接部,例如,也可以将燃烧室内壁2两端的连接部3与燃烧室内壁2通过激光焊接固定。

本发明还提供一种燃烧室,采用上述任一项的异种金属的燃烧室结构制备。

本发明还提供一种液体火箭发动机,采用上述任一项的异种金属的燃烧室结构制备。

具体的说,该种异种金属的燃烧室结构由燃烧室外壁1、燃烧室内壁2和连接部3组成,连接部3沿燃烧室外壁1径向方向的两端分别与第一开槽4 和第二开槽5内壁贴紧以使燃烧室外壁1与燃烧室内壁2连接。整个连接过程可以减少焊接,从而减少因焊接产生的大量热量使得燃烧室外壁1与燃烧室内壁2连接不牢固的缺点,进而使得燃烧室外壁1和燃烧室内壁2之间连接更加紧密,固定更加牢固,整个结构更加稳定。另外,燃烧室外壁1与燃烧室内壁2连接时,不用进行燃烧室外壁1与燃烧室内壁2表面处理,减少表面化学、电化学处理工序。

另外,由于连接部3的两端分别与第一开槽4和第二开槽5内壁贴紧以使燃烧室外壁1与燃烧室内壁2连接,方便连接部3的安装与拆卸的同时,可以保证燃烧室外壁1与燃烧室内壁2完好,可以重复利用。即当燃烧室外壁1与燃烧室内壁2需要单独修复时(燃烧室外壁1与燃烧室内壁2烧蚀时,可以更换燃烧室外壁1与燃烧室内壁2),可以拆除连接部3,进而使得燃烧室外壁1与燃烧室内壁2分离,从而可以精确对燃烧室外壁1与燃烧室内壁2进行修复,以便两者可以重复利用,起到节约成本作用。

此外,通过沿燃烧室外壁1周向内表面均匀设有多个第一开槽4以及沿燃烧室内壁2周向外表面设有分别与多个第一开槽4匹配设置的多个第二开槽5,多个第一开槽4与多个第二开槽5周向的设置使得连接部3将燃烧室外壁1与燃烧室内壁2连接时的受力更加均匀,进而防止燃烧室外壁1与燃烧室内壁2因受力不均发生形变,从而有利于燃烧室安全使用。

连接部3在燃烧室内壁2和燃烧室外壁1之间形成位于燃烧室内壁2和燃烧室外壁1之间的凸肋,相邻的凸肋之间形成冷却通道,不仅可以便于液体和/ 或气体介质流通,保证液体和/或气体介质稳定、均匀的输出,而且低温的液体和/或气体介质通过冷却通道后,可以带走燃烧室表面的热量,避免燃烧室被高温烧蚀。

另外,通过本设计减少了扩散焊、钎焊等方法的热过程,避免内壁材料因经高温后而使得性能降低,例如,铜材在经历高温后性能降低。此外,本设计还可以实现各种合金的内外壁夹层结构链接,尤其对于铜、钛、铌钨等传统方式难以焊接的材料。需要特别提醒的是,在内外壁连接时,内外壁夹层的链接强度为肋(连接部)的母材强度,因此,采用本设计的焊接方法,即使内壁是强度较弱的材料时也可以通过选择更高强的肋的材料,来提高链接强度,进一步拓展了燃烧室材料的选择范围。

整个装置具有设计合理、便于操作、结构稳定强、可以提高生产效率等优点。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,在不脱离本发明的构思和原则的前提下,任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。

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