[發明專利]一種液體火箭發動機燃燒室內壁及燃燒室

在審

• 申請號: 201810996657.6
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN108869098A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 姬威信;趙世紅;丁兆波;牛旭東;王娟;聶嵩;孫紀國;許曉勇;鄭孟偉;崔壯力;王天泰;劉瀟
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/62
• 分類號: F02K9/62
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

一種液體火箭發動機燃燒室內壁，所述燃燒室內壁外表面設有工藝環槽和溝槽內壁；所述工藝環槽位于燃燒室內壁外表面的兩端；所述溝槽內壁位于燃燒室內壁外表面的中部。一種液體火箭發動機燃燒室內壁，既能滿足現代高性能大推力液體火箭發動機熱防護的需要及熱壽命需求，又能解決擴散焊應用的工藝難題，而且成本較低。

技術領域

本發明涉及一種液體火箭發動機燃燒室內壁及燃燒室，屬于液體火箭發動機領域。

背景技術

燃燒室作為液體火箭發動機的重要部件，其作用是包括三方面：(1)將燃料通過冷卻通道夾層送入頭部噴注器；(2)將燃料和氧化劑混合氣體在燃燒室內燃燒產生高溫、高壓燃氣，并經過燃燒室的一段截短的拉瓦爾噴管膨脹加速向外高速噴出，從而產生推力；(3)再生冷卻保護本身。燃燒室內壁作為燃燒室的關鍵零件，其作用是通過其實現冷卻劑與燃燒室高溫燃氣的高效換熱，使冷卻劑能夠帶走一定的熱量，保護燃燒室不被發動機推進劑燃燒釋放的巨大熱量燒壞，從而保證推力室的可靠工作。燃燒室內壁設計的好壞直接關系到發動機能否正常工作。

目前，液體火箭發動機燃燒室內壁一般采用鋯無氧銅或鉻青銅。鋯無氧銅導熱性能好，但熱強度較低，比如目前我國熱流較大、室壓稍低的氫氧發動機多采用鋯無氧銅內壁；鉻青銅熱強度高，但導熱性能相對較差，比如目前我國室壓較高、熱流相對較低的液氧煤油發動機一般多采用鉻青銅內壁。但隨著我國載人登月、深空探測等重大工程以及重型運載火箭研制需求的不斷提升，研制重型液體火箭發動機勢在必行，而對于現代高性能、高室壓、高熱流、大推力液體火箭發動機，燃燒室壓力一般高達20MPa以上、燃燒室熱流密度高達100MW/m²以上，繼續采用以上銅合金內壁將會為發動機研制帶來一系列困難。例如，航天飛機主發動機SSME、歐洲Vulcain等高壓高熱流大推力氫氧發動機燃燒室內壁裂紋問題都一度成為其型號研制的瓶頸，為此美國和歐洲做了大量的工作，嚴重影響了工程研制；我國某型大推力氫氧發動機在經過數次試車后身部內壁也經常會出現多條長度不一的裂紋，通過數據分析可以發現，出現裂紋條數較多后推力室效率及性能明顯降低。為此，國內外均開展了新型液體火箭發動機燃燒室內壁研究，例如我國及歐洲、美國均開發過一種新型銀鋯銅燃燒室內壁，但銀鋯銅內壁的研制成本超高，與我國低成本、高可靠的航天發展思路相違背。

另外，為縮短燃燒室制造周期及降低制造成本，近代先進液體火箭發動機燃燒室內外壁的連接方式多采用擴散焊工藝。相比電鑄方式，擴散焊的優點包括三方面：(1)外壁可采用一層高強度合金或特種鋼如S-06等，強度高、重量輕，可以大幅減輕身部重量；(2)內、外壁可并行生產，在進行內壁銑槽加工時可同時進行外壁的加工，之后內壁、外壁的焊接僅需幾天時間，生產周期相對電鑄工藝大大縮短；(3)擴散焊內外壁的連接強度高于電鑄方式。所以，近年來國內外各主要航天大國無一不將擴散焊燃燒室作為發動機推力室重點攻關的方向。但是，我國氫氧發動機當前普遍采用的鋯無氧銅內壁在擴散焊后性能會大幅下降，導致擴散焊工藝無法在大推力發動機上推廣應用；而且傳統燃燒室內壁結構普遍會導致燃燒室兩端頭焊接質量差及焊接過程中端頭出現裂紋，此問題也是制約國內外擴散焊工藝廣泛應用于燃燒室制造的最大難題之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種液體火箭發動機燃燒室內壁及燃燒室，既能滿足現代高性能大推力液體火箭發動機熱防護的需要及熱壽命需求，又能解決擴散焊應用的工藝難題，而且成本較低。

本發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種液體火箭發動機燃燒室內壁，所述燃燒室內壁外表面設有工藝環槽和溝槽內壁；

所述工藝環槽位于燃燒室內壁外表面的兩端；所述溝槽內壁位于燃燒室內壁外表面的中部。

上述液體火箭發動機燃燒室內壁，所述每個工藝環槽的槽寬L2＝2L1～3L1，所述L1為燃燒室內壁的端面與工藝環槽的最小間距。

上述液體火箭發動機燃燒室內壁，所述工藝環槽的剩余壁厚Δ＝0.8δ～1.5δ，所述δ為溝槽內壁剩余厚度。