阅读说明：本技术 固体火箭发动机喷管与燃烧室的连接套筒 (Connecting sleeve for solid rocket engine jet pipe and combustion chamber ) 是由 吴喆昊 张斐 刘元敏 王峰 郭峰 袁新钊 于 2020-12-20 设计创作，主要内容包括：一种固体火箭发动机喷管与燃烧室的连接套筒,是由两个结构相同的半卡环对合而成的圆环。各半卡环的内圆周表面有与所述喷管壳体外圆周表面凸台嵌合的卡槽,通过该卡槽将该半卡环卡装在燃烧室壳体端面外圆周表面与喷管壳体端面的外圆周表面上,从而实现所述燃烧室壳体与喷管壳体的快速连接。本发明对发动机燃烧室与喷管的连接部位进行了改进,并通过密封环实现连接部位的密封。本发明通过对发动机喷管与燃烧室连接结构形式进行改进,实现了发动机总装工艺难度的降低,实现了喷管与燃烧室的快速连接,降低了发动机生产和装配成本。(A connecting sleeve for a solid rocket engine nozzle and a combustion chamber is a circular ring formed by folding two semi-snap rings with the same structure. The inner circumferential surface of each half snap ring is provided with a clamping groove which is embedded with a boss on the outer circumferential surface of the spray pipe shell, and the half snap rings are clamped on the outer circumferential surface of the end surface of the combustion chamber shell and the outer circumferential surface of the end surface of the spray pipe shell through the clamping grooves, so that the combustion chamber shell and the spray pipe shell are quickly connected. The invention improves the connection part of the engine combustion chamber and the spray pipe, and realizes the sealing of the connection part through the sealing ring. According to the invention, the connecting structure form of the engine spray pipe and the combustion chamber is improved, so that the difficulty of the engine assembly process is reduced, the spray pipe and the combustion chamber are quickly connected, and the production and assembly cost of the engine is reduced.)

固体火箭发动机喷管与燃烧室的连接套筒

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机技术领域，具体是一种能够提高发动机工作可靠性的固体火箭发动机喷管与燃烧室的连接件。

背景技术

发动机燃烧室与喷管之间的连接部位在发动机生产和工作过程中，会受到外部和内部的多种载荷作用。为了保证发动机完成设计的工作状态，连接方式和结构的强度和安全余量的选取尤为重要，是发动机设计过程的重要组成部分。连接结构的便捷性直接影响发动机整机装配的可操作性与精密度；连接结构的可靠性直接影响发动机工作过程的可靠性与安全性。

根据弹总体和发动机总体给定的设计要求和限制条件，喷管与燃烧室连接设计通常采用螺纹连接和法兰连接。

螺纹连接的设计包括密封设计、螺纹大径设计、螺距设计、螺纹连接有效长度和牙型角设计等；一般这些参数根据发动机总体的工作压强和工作时间的确定进行相关合理设计。螺纹连接在受轴向应力时，强度安全余量一般较高，但在发动机整体受到多种载荷作用下，螺纹连接受到横向剪切应力较大时，易导致螺纹连接失效。在发动机圆跳检测要求较高时，对螺纹的加工精度要求极高，不利于低成本批产。

法兰连接的设计包括法兰盘设计，连接螺栓设计和相关密封设计。法兰连接的连接可靠性较高，但却会带来较高的消极质量。在发动机总装过程中，相关连结的配套件数量较多，种类多样琐碎，安装过程较为复杂，为装配过程增加了更多的困难。

经检索，专申请号为201420374761.9的发明创造中，公开了一种固体火箭发动机的卡环连接结构。该发明创造提出了卡环连接结构，对装配空间狭小的连接结构，装卸维修较为方便，但存在加工成本较高，装配零件较多，配套件准备复杂的问题。

专申请号为201610132836.6的发明创造中，公开了一种固体火箭发动机金属壳体的销钉连接结构。该发明创造提出了销钉连接结构，装配拆卸简单，结构可靠性高，但是对相关零件加工精度要求较高，对销钉的强度要求较高。

发明内容

为克服现有技术中存在的成本高、连接装配零件复杂、推力偏斜数值较大，本发明提出了一种固体火箭发动机喷管与燃烧室的连接套筒。

本发明提出的连接件是由两个结构相同的半卡环对合而成的圆环。各所述半卡环的内圆周表面有与所述喷管壳体外圆周表面凸台嵌合的卡槽，通过该卡槽将该半卡环卡装在燃烧室壳体端面外圆周表面与喷管壳体端面的外圆周表面上，从而实现所述燃烧室壳体与喷管壳体的快速连接。

该连接件的内径与喷管壳体外圆周表面环形凸台的外径相同；该连接件的外径与该喷管壳体的外径相同。所述卡槽的宽度a为8mm，深度h为8mm。

在喷管壳体连接端的外圆周表面加工有凹槽，并使该凹槽靠近燃烧室壳体一侧槽壁的高度小于另一侧槽壁的高度。所述凹槽的内表面形成了半卡环凹槽侧壁配合面；所述靠近燃烧室壳体一侧槽壁的宽度由该槽壁的表面形成了半卡环凹槽配合面。在该喷管壳体连接端端面有轴向的环形凸块，该环形凸块为喷管壳体的对接限位环。在该喷管壳体连接端的另一个端面对称的加工有两个螺孔，并使该两个螺孔分别与一个半卡环上的螺孔相对应。

在燃烧室壳体连接端外圆周表面间加工有凹槽，并使该凹槽靠近喷管壳体一侧槽壁的高度小于另一侧槽壁的高度。所述凹槽的内表面形成了燃烧室壳体与半卡环凹槽的配合面；所述靠近喷管壳体一侧槽壁的宽度由该槽壁的表面形成了半卡环凹槽配合面。

所述燃烧室壳体连接端端头加工成为三级的阶梯状，其中的第一级阶梯的表面为所述喷管壳体的对接限位环的安装配合面，第三级阶梯为所述喷管壳体连接端端面的配合面。由所述第二级阶梯的阶梯差形成的空隙为密封圈4的安装槽。

本发明对发动机燃烧室与喷管的连接部位进行了改进，增加了密封圈槽，通过密封环实现连接部位的良好密封。该连接部位外部留有环型凹槽，安装完半环连接件后用螺钉进行限位。本发明通过对发动机喷管与燃烧室连接结构形式进行改进，降低了发动机总装工艺难度，实现了喷管与燃烧室的快速连接，降低了发动机生产和装配成本。

为验证本发明的效果，通过圆跳测试和地面静止点火试验对改进后的发动机主要性能参数进行测量和评估，并统计喷套件加工成本，结果表明，本发明降低了发动机制造成本，降低了发动机总装的难度，提高了生产效率和安装精度。与现有发动机喷管和燃烧室连接结构相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的连接件及配合结构加工过程更简单，更容易实现配合部位加工精度提高。改进前，发动机的圆跳数值约为0.3mm，推力偏斜值约为0.8°；使用本发明后，发动机总装后的圆跳数值约为0.2mm，推力偏斜值约为0.55°，本发明提出的连接结构配合方式能够有效降低发动机圆跳测试数值，降低发动机工作时的推力偏斜。

2、本发明通过密封圈对连接面进行密封，并且对密封圈的安装位置做了改进，能够避免安装过程中密封遭到破坏。

3、本发明提出的连接件减少了零件数量，发动机燃烧室和喷管连接件数量由20个螺栓减少至两个双层半卡环，改进前需要4个操作人员进行总装，耗费工时3个小时。应用本发明后，需要3个操作人员进行总装，耗费工时2个小时，实现了燃烧室和喷管的快速连接，节省了人力成本。连接零件的减少也降低了配套件的成本，降低约2％。经总成本核算统计，发动机整体制造成本降低了约10％。

附图说明

图1是现有技术用于某型号发动机的连接件的结构示意图，其中图1a是主视图，图1b是侧视图。

图2是本发明用于某型号发动机的连接示意图。

图3是图2中A部位的局部放大图。

图4是燃烧室壳体接口的结构示意图。

图5是喷管壳体接口的结构示意图。

图6是连接件的结构示意图，其中图6a是主视图，图6b是侧视图。图6c是图6a中B部位的局部放大图。

图7是连接件横截面的结构示意图。

图中：1.燃烧室壳体；2.喷管壳体；3.连接件；4.密封圈；5.螺钉；6.燃烧室壳体对接端端面；7.燃烧室半卡环凹槽配合面；8.燃烧室半卡环凹槽侧壁配合面；9.喷管对接限位环；10.喷管半卡环凹槽配合面；11.喷管半卡环凹槽侧壁配合面；12.螺纹孔。

具体实施方式

本实施例是用于连接某固体火箭发动机喷管与燃烧室的连接件。

所述连接件3为圆环状，由两个结构相同的半卡环对合而成。该连接件的内径与喷管壳体2外圆周表面环形凸台的外径相同；该连接件的外径与该喷管壳体的外径相同。

各所述半卡环的内圆周表面有与所述喷管壳体外圆周表面凸台嵌合的卡槽，通过该卡槽将该半卡环卡装在燃烧室壳体端面外圆周表面与喷管壳体端面的外圆周表面上，从而实现所述燃烧室壳体与喷管壳体的快速连接。该卡槽的宽度a为8mm，深度h为8mm。

本实施例中，对所述喷管壳体2连接端进行了改进，在该喷管壳体连接端的外圆周表面加工有凹槽，并使该凹槽靠近燃烧室壳体一侧槽壁的高度小于另一侧槽壁的高度。所述凹槽的内表面形成了半卡环凹槽侧壁配合面11；所述靠近燃烧室壳体一侧槽壁的宽度由该槽壁的表面形成了半卡环凹槽配合面10。在该喷管壳体2连接端端面有轴向的环形凸块，该环形凸块为喷管壳体的对接限位环9。在该喷管壳体连接端的另一个端面对称的加工有两个螺孔，并使该两个螺孔分别与一个半卡环上的螺孔相对应。

本实施例还对所述燃烧室壳体1连接端进行了改进，包括对该连接端外圆周表面的改进和对该连接端端面的改进。其中：

对所述燃烧室壳体连接端外圆周表面的改进是，在该燃烧室壳体连接端外圆周表面间加工有凹槽，并使该凹槽靠近喷管壳体2一侧槽壁的高度小于另一侧槽壁的高度。所述凹槽的内表面形成了燃烧室壳体与半卡环凹槽的配合面8；所述靠近喷管壳体一侧槽壁的宽度由该槽壁的表面形成了半卡环凹槽配合面7。

对所述燃烧室壳体连接端端面的改进是，将该燃烧室壳体连接端端面6加工成为三级的阶梯状，其中的第一级阶梯的表面为所述喷管壳体的对接限位环9的安装配合面，第三级阶梯为所述喷管壳体连接端端面的配合面。由所述第二级阶梯的阶梯差形成的空隙为密封圈4的安装槽。

工作时，先将密封圈4安放在由燃烧室壳体连接端端面与喷管壳体连接端端面之间的阶梯差形成的密封圈安装槽内。

将喷管壳体与燃烧室壳体进行对接：燃烧室壳体对接端端面6与喷管壳体对接端端面之间相互嵌合，由该喷管壳体外圆周上的环形凸块和燃烧室壳体外圆周上的环形凸块共同组合成环形卡块。将所述两个半卡环卡装在该喷管壳体与燃烧室壳体对接处的外圆周上，并使各半卡环内表面的卡槽卡在所述环形卡块上，从而将所述喷管壳体与燃烧室壳体固连。通过四个螺钉5将由两个半卡环组成的连接件与喷管壳体固连，实现了喷管和燃烧室的快速安装。