專利名稱：模塊化容熱式推力室的制作方法
模塊化容熱式推力室
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室。特別涉及一種可變噴注器、身部長(zhǎng)
度和噴管幾何(形狀和尺寸)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)容熱式推力室。背景技術(shù)：
在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室的研制過程中，特別是作為推力室主要組件的噴注器的研制 過程中，在大量的初始研究階段，為了能夠充分地開展試驗(yàn)研究，往往需要改變噴注器形 式、身部長(zhǎng)度和噴管幾何(形狀和尺寸)來獲得不同工況下的數(shù)據(jù)，以進(jìn)行分析對(duì)比研究。
在地面進(jìn)行燃燒試驗(yàn)研究中，一般采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于測(cè)量的容熱式結(jié)構(gòu)。但在試 驗(yàn)過程中需要更換頭部噴注器或身部結(jié)構(gòu)時(shí)，往往采用將整體頭部和身部完全更換，這樣 就大大增加了成本。而在推力室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中模塊化設(shè)計(jì)由于其能夠顯著地降低成本也有 應(yīng)用，推力室模塊化設(shè)計(jì)方法常用于單噴嘴推力室的測(cè)試中，像文獻(xiàn)Wi 11 iam M. Marshal 1 ，
Sibtosh Pal， et al. "Benchmark Wall Heat Flux Data for a G02/GH2 SingleElement
Combustor，，. AIAA Paper No :2005-3572以及Gregg Jones， Christopher Protz， Brad Bullard， "Local Heat Flux Measurements with Single Element Coaxial Injectors，，，
AIAA Paper No :2006-5194中所述。其中單噴嘴推力室身部和頭部都采用了多部分組分， 可以方便地更換噴注器和身部長(zhǎng)度和噴管部分，但是其連接形式采用了推力室前后整體液 壓完成，這樣就需要液壓機(jī)機(jī)構(gòu)，使得試驗(yàn)成本和難度增加，且在需要更換零件時(shí)，必須使 整體推力室都分離，沒法在只更換某一部分時(shí)，其他部分保持連接不變。由于多噴嘴結(jié)構(gòu)的
復(fù)雜性，且現(xiàn)有資料中所見的單噴嘴推力室模塊化設(shè)計(jì)方法，特別是頭部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法， 無法推廣到多噴嘴推力室的模塊化設(shè)計(jì)中去。另外，在成本更高的多噴嘴推力室的設(shè)計(jì)中 還未見有整體推力室的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低、能夠方便更換燃燒室頭部噴注器、身部長(zhǎng)度和 噴管部分的容熱式推力室。 模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室，包括噴注器組件、頭部頂蓋、頭部底蓋、身部圓筒 段、尾部噴管。噴注器組件、頭部頂蓋、頭部底蓋可拆分地連接形成推力室頭部；身部圓筒段 采用分段式結(jié)構(gòu)；圓筒段的各段、尾部噴管、推力室頭部可拆分地連接。噴注器組件包括上 噴注板、噴嘴和下噴注板三個(gè)部分組成。 燃燒室采用容熱式結(jié)構(gòu)，噴注器部分可以很方便地更換，身部圓筒段可以很方便 地增加和減小長(zhǎng)度，噴管可以方面地更換。推力室頭部與身部圓筒段之間、圓筒段相互之間 以及身部圓筒段與噴管段之間都采用螺栓連接。推力室頭部與身部圓筒段之間、圓筒段相 互之間以及身部圓筒段與噴管段之間都采用了在凸臺(tái)與凹槽之間壓緊膨脹石墨密封圈的 方式密封。頭部可以采用不銹鋼材料，身部圓筒段采用紫銅材料，噴管段采用耐高溫材料。
本發(fā)明的模塊化結(jié)構(gòu)的推力室具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于(1)由于采用了模塊化結(jié)構(gòu)，需要改變某一部分時(shí)，只需要更改這一部分的零件即可，這樣就顯著地降低成本， 特別針對(duì)多噴嘴推力室頭部的可更換性；(2)由于頭部與身部之間、身部與噴管之間采用 了簡(jiǎn)單的螺栓連接方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且使得在更換零件時(shí)，其他部分連接仍然能夠保持連 接；(3)采用了耐高溫高壓的膨脹石墨密封，能夠在嚴(yán)酷的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境下保持良好的 密封效果，且膨脹石墨所占推力室成本比例很低。


圖1是模塊化多噴嘴容熱式推力室裝配圖
圖2是模塊化多噴嘴容熱式推力室頭部裝配圖
圖3是模塊化多噴嘴容熱式推力室身部裝配圖
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖用實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，實(shí)施例采用了多噴嘴推力室結(jié)構(gòu)進(jìn)
行說明，方法同樣適合于單噴嘴燃燒室工況。 如圖l，模塊化推力室主要包括頭部螺栓1、頭部頂蓋2、頭部噴注器組件3、頭部 底蓋4、身部圓筒段第一段5、身部圓筒段第二段6、身部圓筒段第三段7、尾部法蘭8、尾部螺 栓9、尾部噴管部分10。 如圖2為推力室頭部裝配圖。頭部頂蓋2、頭部噴注器組件3、頭部底蓋4組成推 力室頭部部分。頭部頂蓋2為氧化劑入口零件，且與頭部噴注器組件3組成了氧化劑頭腔； 頭部底蓋4為燃料入口零件，燃料經(jīng)過頭部底蓋4然后進(jìn)入頭部噴注器組件3中燃料腔內(nèi)。 氧化劑經(jīng)過氧化劑頭腔，再經(jīng)過噴注器組件3中各噴嘴單元內(nèi)氧化劑流路進(jìn)入燃燒室內(nèi)； 燃料經(jīng)過燃料頭腔，再經(jīng)過噴注器組件3中各噴嘴單元內(nèi)燃料流路進(jìn)入燃燒室內(nèi)。頭部噴 注器組件3是試驗(yàn)研究過程中需要經(jīng)常更換的零件，當(dāng)需要對(duì)噴注器的排布形式和噴嘴單 元的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行更換時(shí)，頭部頂蓋2和頭部底蓋4都不用更換，僅僅更換頭部噴注器組件 3即可。各零件之間的密封都采用凸臺(tái)、凹槽密封結(jié)構(gòu)，密封材料采用膨脹石墨。推力室頭 部與身部采用頭部螺栓1進(jìn)行連接。 如圖3為推力室身部裝配圖，身部圓筒段第一段5、身部圓筒段第二段6、身部圓筒 段第三段7、尾部法蘭8、尾部螺栓9、尾部噴管部分10組成了推力室的整個(gè)身部部分，其中 身部圓筒段第一段5、身部圓筒段第二段6、身部圓筒段第三段7組成了身部圓筒段，其中身 部圓筒段第一段5包括了點(diǎn)火器，點(diǎn)火器也可以安裝在其他圓筒段部分，不受限制。可以通 過較少圓筒段第三段7的長(zhǎng)度或直接去掉圓筒段第三段7來減少圓筒段的長(zhǎng)度，可以通過 增加圓筒段第三段7的長(zhǎng)度來增加圓筒段的長(zhǎng)度，增加和較少長(zhǎng)度的零件也可以是其他圓 筒段部分，不受限制。尾部噴管部分10通過尾部法蘭8和尾部螺栓9與圓筒段連接緊密， 由此可以方便地更換尾部噴管部分10。各零件之間的密封都采用凸臺(tái)、凹槽密封結(jié)構(gòu)，密封 材料采用膨脹石墨。
權(quán)利要求
模塊化容熱式推力室，包括頭部頂蓋(2)、噴注器組件(3)、頭部底蓋(4)、身部圓筒段(5，6，7)、尾部噴管(10)，其特征在于頭部頂蓋(2)、噴注器組件(3)、頭部底蓋(4)可拆分地連接形成推力室頭部；身部圓筒段采用分段式結(jié)構(gòu)；圓筒段的各段(5，6，7)、尾部噴管(10)、推力室頭部可拆分地連接。(附圖標(biāo)記)
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中任一所述的模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室，其特征在于所述可拆 分地連接為螺栓連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室，其特征在于噴注器組件 包括上噴注板、噴嘴和下噴注板三個(gè)部分組成；
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室，其特征在于推力室頭部 與身部圓筒段之間、圓筒段相互之間以及身部圓筒段與噴管段之間都采用了在凸臺(tái)與凹槽 間壓緊密封圈的密封方式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室，其特征在于所述密封圈為膨 脹石墨密封圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的模塊化結(jié)構(gòu)的容熱式推力室，其特征在于頭部可以采用不 銹鋼材料，身部圓筒段采用紫銅材料，噴管段采用耐高溫材料。
全文摘要
模塊化的容熱式推力室包括噴注器組件、頭部頂蓋、頭部底蓋、身部圓筒段、尾部噴管。噴注器組件、頭部頂蓋、頭部底蓋采用螺栓連接形成推力室頭部；身部圓筒段采用分段式結(jié)構(gòu)；圓筒段的各段、尾部噴管、推力室頭部采用螺栓連接。推力室頭部與身部、圓筒段與噴管段都采用了在凸臺(tái)與凹槽之間壓緊膨脹石墨密封圈的方式密封。頭部可以采用不銹鋼材料，身部圓筒段采用紫銅材料，噴管段采用耐高溫材料。進(jìn)行火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究時(shí)，可方便地更換發(fā)動(dòng)機(jī)模塊以改變被研究的參數(shù)，從而進(jìn)行對(duì)比分析，這樣就顯著地降低了成本。
文檔編號(hào)F02K9/00GK101737200SQ20081022598
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者汪小衛(wèi), 蔡國飆, 邵松林, 金平 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)