[實用新型]一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構

有效

• 申請號: 201520388732.2
• 申請日: 2015-06-08
• 公開（公告）號: CN204691935U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 袁宇;謝恒;王曉麗;陳旭揚;冉治通;楊繼東;周偉;宣智超;盧明
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/97
• 分類號: F02K9/97
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 莫丹

技術領域

本實用新型涉及火箭發動機噴管上使用的氣膜冷卻結構，可以應用在航天推進領域。

背景技術

火箭發動機噴管工作在高溫、高熱流的環境里，一般使用推進劑組元進行再生冷卻或排放冷卻，但是這種噴管需要加工冷卻劑的流動通道，形成夾套結構，有加工工藝復雜、成本高的缺點。輻射冷卻噴管是一種不使用推進劑組元進行冷卻，僅依靠材料自身的耐高溫性能和對外輻射來承受惡劣的工作環境，具有結構簡單、質量輕的優點。

輻射冷卻噴管應用在火箭發動機上時，由于工作時間較長，噴管不可避免地出現燒蝕、表面剝落等問題，影響了結構的可靠性和發動機性能。

發明內容

本實用新型針對輻射冷卻噴管在火箭發動機上長時間工作的問題，提供一種冷卻效果明顯、有效增加結構的可靠性和工作壽命的火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構。

實現本實用新型目的的技術方案：一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構，所述的火箭發動機噴管包括上游金屬噴管和下游輻射冷卻噴管，上游金屬噴管和下游輻射冷卻噴管采用金屬連接法蘭連接；其在上游金屬噴管的出口處連接有環形的氣膜冷卻集合器，氣膜冷卻集合器的圓周上均勻加工多個拉瓦爾噴管形式的排氣孔，上游金屬噴管內的氣體通過這些排氣孔排放至下游輻射冷卻噴管內，在下游輻射冷卻噴管內表面形成氣膜。

如上所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構，其所述的氣膜冷卻集合器與上游金屬噴管焊接在一起，收集上游金屬噴管內排放冷卻的氫氣。

如上所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構，其所述的氣膜冷卻集合器的圓周上均勻加工360個拉瓦爾噴管形式的排氣孔。

如上所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構，其所述的上游金屬噴管和下游輻射冷卻噴管下的內型面曲線為同一個噴管擴張型面曲線上的上下游段。

本實用新型的效果在于：

本實用新型所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構，其將上游使用推進劑組元進行排放冷卻的金屬噴管提供的低溫氣體在下游輻射冷卻噴管表面均勻地形成一層保護氣膜，降低了下游輻射冷卻噴管工作時的結構溫度，增加了結構可靠性和工作壽命

本實用新型的氣膜冷卻結構已經應用在輻射冷卻噴管的產品設計中，計算結果表明：冷卻效果明顯，有效增加了結構的可靠性和工作壽命。排放的氣體在下游與燃氣換熱后膨脹，還能增加一部分推力。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構剖面圖；

圖2為本實用新型所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構立體圖。

圖中：1.下游輻射冷卻噴管；2.金屬連接法蘭；3.氣膜冷卻集合器；4.上游金屬噴管；5.上游金屬噴管內的氣體；6.發動機噴管主流燃氣；7.形成氣膜。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構作進一步描述。

如圖1和圖2所示，本實用新型所述的一種火箭發動機噴管的氣膜冷卻結構，所述的火箭發動機噴管包括上游金屬噴管4和下游輻射冷卻噴管1，上游金屬噴管4和下游輻射冷卻噴管1采用金屬連接法蘭2連接。上游金屬噴管4和下游輻射冷卻噴管1下的內型面曲線為同一個噴管擴張型面曲線上的上下游段。

在上游金屬噴管4的出口處焊接有環形的氣膜冷卻集合器3，氣膜冷卻集合器3的圓周上均勻加工360個拉瓦爾噴管形式的排氣孔，上游金屬噴管內的氣體5(排放冷卻的氫氣)通過這些排氣孔排放至下游輻射冷卻噴管1內，在下游輻射冷卻噴管1內表面形成氣膜7。

本實用新型設計的氣膜冷卻集合器的排氣孔，將上游金屬噴管4排放的低溫氣體(氫氣)，形成噴管主流燃氣當地速度矢量平行的方向排入下游輻射冷卻噴管1的表面，氣體的壓力和速度應該與燃氣當地的壓力和速度相當或略小，避免對發動機主流燃氣6造成激波等不利干擾。通過這樣設計排放氣體的參數，能夠減緩氣體與燃氣的混合，使氣膜在下游輻射冷卻噴管表面保持較長的距離，充分發揮保護作用。

排氣孔采用拉瓦爾噴管形式能夠使氫氣膨脹、加速，出口處速度和壓力主流燃氣相當，形成氣膜7。這樣氣膜與燃氣之間不會存在因速度相差較大而產生的強烈的剪切混合作用，能夠平滑地貼著下游噴管的表面流動，產生良好的保護作用。