[發(fā)明專利]一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107956602B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 梁薇;何佳麗;李健;王大銳;安鵬;姚世強;任勝文
• 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;F02K9/34;F02K9/62;B23K15/00
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 李晶堯

一種復合材料推力室的新型連接結(jié)構(gòu)，涉及液體雙組元軌姿控發(fā)動機推力室復合材料和金屬材料的連接方式領域；包括端頭、過渡金屬連接環(huán)、膨脹石墨密封圈、壓環(huán)和噴管；其中，端頭為圓臺狀結(jié)構(gòu)；過渡金屬連接環(huán)的一端沿軸向與端頭固定連接；噴管沿軸向與過渡金屬連接環(huán)固定連接；膨脹石墨密封圈套裝在噴管與過渡金屬連接環(huán)之間；壓環(huán)固定安裝在過渡金屬連接環(huán)的軸向另一端；且壓環(huán)固定安裝在噴管與過渡金屬連接環(huán)的連接處；本發(fā)明不僅適用于金屬頭部與復合材料噴管的連接，也適用于金屬噴管與復合材料延伸段的連接，可簡化連接結(jié)構(gòu)，減輕推力室重量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種液體雙組元軌姿控發(fā)動機推力室復合材料和金屬材料的連接方式領域，特別是一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)。

背景技術

優(yōu)化推力室結(jié)構(gòu)設計，有效降低推力室結(jié)構(gòu)重量，是高性能推力室設計需考慮的重要因素之一。采用密度小、具有良好高溫性能的復合材料(C/SiC、C-C)噴管或延伸段是實現(xiàn)推力室輕質(zhì)、高性能的重要途徑。

但復合材料推力室的應用很大程度上取決于連接技術的發(fā)展。目前，液體雙組元軌姿控發(fā)動機復合材料構(gòu)件的連接主要是推力室鈦合金頭部與復合材料噴管的連接、金屬噴管與復合材料延伸段之間的連接，歸結(jié)起來是復合材料和金屬材料的連接，連接的方法可采用機械連接和焊接兩種方法。

機械連接主要方式為螺栓－法蘭連接和螺紋連接，連接方式結(jié)構(gòu)笨重，難以滿足軌姿控發(fā)動機輕質(zhì)、高性能的要求，且可靠性欠佳、重復使用率低。歐空局衛(wèi)星用400N推力室采用C/SiC作為噴管，其頭身連接就采用了螺栓－法蘭連接。而金屬材料與復合材料的釬焊技術尚不成熟。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，不僅適用于金屬頭部與復合材料噴管的連接，也適用于金屬噴管與復合材料延伸段的連接，可簡化連接結(jié)構(gòu)，減輕推力室重量。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術方案予以實現(xiàn)的：

一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，包括端頭、過渡金屬連接環(huán)、膨脹石墨密封圈、壓環(huán)和噴管；其中，端頭為圓臺狀結(jié)構(gòu)；過渡金屬連接環(huán)的一端沿軸向與端頭固定連接；噴管沿軸向與過渡金屬連接環(huán)固定連接；膨脹石墨密封圈套裝在噴管與過渡金屬連接環(huán)之間；壓環(huán)固定安裝在過渡金屬連接環(huán)的軸向另一端；且壓環(huán)固定安裝在噴管與過渡金屬連接環(huán)的連接處。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述的過渡金屬連接環(huán)為中空雙環(huán)柱體結(jié)構(gòu)；包括內(nèi)環(huán)柱和外環(huán)柱；外環(huán)柱包裹在內(nèi)環(huán)柱的外壁；且外環(huán)柱與內(nèi)環(huán)柱之間設置有環(huán)形凹槽。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)環(huán)柱的內(nèi)徑L1為14-16mm；內(nèi)環(huán)柱壁厚L2為1.4-1.6mm；過渡金屬連接環(huán)外壁直徑L3為23-26mm；過渡金屬連接環(huán)軸向長度L5為12-15mm；外環(huán)柱壁厚L4為1-1.4mm；環(huán)形凹槽徑向?qū)挾萀6為2-3mm。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述的端頭、過渡金屬連接環(huán)和壓環(huán)均采用鈦合金材料。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述膨脹石墨密封圈固定安裝在環(huán)形凹槽內(nèi)；且在噴管的擠壓下，膨脹石墨密封圈沿軸向向端頭方向壓縮；膨脹石墨密封圈的最大壓縮量為原軸向長度的25％-30％。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述噴管為變徑柱體結(jié)構(gòu)；噴管的大徑端與過渡金屬連接環(huán)的軸向一端接觸；且噴管的大徑端的外壁與過渡金屬連接環(huán)的外環(huán)柱內(nèi)壁接觸；噴管的內(nèi)徑為為14-16mm；噴管小徑端的壁厚L7為1.5-1.7mm。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述壓環(huán)為截面為L形的中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)；壓環(huán)的拐角處與外環(huán)柱的軸向一端固定連接；壓環(huán)的伸長端與噴管的大徑端軸向接觸。

在上述的一種復合材料推力室的連接結(jié)構(gòu)，所述壓環(huán)內(nèi)壁的直徑比噴管小徑端的外壁直徑大0.7-1.7mm。