[實(shí)用新型]一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁及燃燒室

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821404598.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208900237U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姬威信;趙世紅;丁兆波;牛旭東;王娟;聶嵩;孫紀(jì)國(guó);許曉勇;鄭孟偉;崔壯力;王天泰;劉瀟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): F02K9/62
• 分類號(hào): F02K9/62
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁，所述燃燒室內(nèi)壁外表面設(shè)有工藝環(huán)槽和溝槽內(nèi)壁；所述工藝環(huán)槽位于燃燒室內(nèi)壁外表面的兩端；所述溝槽內(nèi)壁位于燃燒室內(nèi)壁外表面的中部。一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁，既能滿足現(xiàn)代高性能大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)的需要及熱壽命需求，又能解決擴(kuò)散焊應(yīng)用的工藝難題，而且成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁及燃燒室，屬于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

燃燒室作為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，其作用是包括三方面：(1)將燃料通過(guò)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(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫、高壓燃?xì)猓⒔?jīng)過(guò)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(chǎn)生推力；(3)再生冷卻保護(hù)本身。燃燒室內(nèi)壁作為燃燒室的關(guān)鍵零件，其作用是通過(guò)其實(shí)現(xiàn)冷卻劑與燃燒室高溫燃?xì)獾母咝Q熱，使冷卻劑能夠帶走一定的熱量，保護(hù)燃燒室不被發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)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(nèi)壁設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常工作。

目前，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁一般采用鋯無(wú)氧銅或鉻青銅。鋯無(wú)氧銅導(dǎo)熱性能好，但熱強(qiáng)度較低，比如目前我國(guó)熱流較大、室壓稍低的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)多采用鋯無(wú)氧銅內(nèi)壁；鉻青銅熱強(qiáng)度高，但導(dǎo)熱性能相對(duì)較差，比如目前我國(guó)室壓較高、熱流相對(duì)較低的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)一般多采用鉻青銅內(nèi)壁。但隨著我國(guó)載人登月、深空探測(cè)等重大工程以及重型運(yùn)載火箭研制需求的不斷提升，研制重型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)勢(shì)在必行，而對(duì)于現(xiàn)代高性能、高室壓、高熱流、大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，燃燒室壓力一般高達(dá)20MPa以上、燃燒室熱流密度高達(dá)100MW/m²以上，繼續(xù)采用以上銅合金內(nèi)壁將會(huì)為發(fā)動(dòng)機(jī)研制帶來(lái)一系列困難。例如，航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)SSME、歐洲Vulcain等高壓高熱流大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁裂紋問(wèn)題都一度成為其型號(hào)研制的瓶頸，為此美國(guó)和歐洲做了大量的工作，嚴(yán)重影響了工程研制；我國(guó)某型大推力氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)數(shù)次試車后身部?jī)?nèi)壁也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多條長(zhǎng)度不一的裂紋，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)裂紋條數(shù)較多后推力室效率及性能明顯降低。為此，國(guó)內(nèi)外均開(kāi)展了新型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁研究，例如我國(guó)及歐洲、美國(guó)均開(kāi)發(fā)過(guò)一種新型銀鋯銅燃燒室內(nèi)壁，但銀鋯銅內(nèi)壁的研制成本超高，與我國(guó)低成本、高可靠的航天發(fā)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(jìn)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)外壁的連接方式多采用擴(kuò)散焊工藝。相比電鑄方式，擴(kuò)散焊的優(yōu)點(diǎn)包括三方面：(1)外壁可采用一層高強(qiáng)度合金或特種鋼如S-06等，強(qiáng)度高、重量輕，可以大幅減輕身部重量；(2)內(nèi)、外壁可并行生產(chǎn)，在進(jìn)行內(nèi)壁銑槽加工時(shí)可同時(shí)進(jìn)行外壁的加工，之后內(nèi)壁、外壁的焊接僅需幾天時(shí)間，生產(chǎn)周期相對(duì)電鑄工藝大大縮短；(3)擴(kuò)散焊內(nèi)外壁的連接強(qiáng)度高于電鑄方式。所以，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外各主要航天大國(guó)無(wú)一不將擴(kuò)散焊燃燒室作為發(fā)動(dòng)機(jī)推力室重點(diǎn)攻關(guān)的方向。但是，我國(guó)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前普遍采用的鋯無(wú)氧銅內(nèi)壁在擴(kuò)散焊后性能會(huì)大幅下降，導(dǎo)致擴(kuò)散焊工藝無(wú)法在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上推廣應(yīng)用；而且傳統(tǒng)燃燒室內(nèi)壁結(jié)構(gòu)普遍會(huì)導(dǎo)致燃燒室兩端頭焊接質(zhì)量差及焊接過(guò)程中端頭出現(xiàn)裂紋，此問(wèn)題也是制約國(guó)內(nèi)外擴(kuò)散焊工藝廣泛應(yīng)用于燃燒室制造的最大難題之一。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁及燃燒室，既能滿足現(xiàn)代高性能大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)的需要及熱壽命需求，又能解決擴(kuò)散焊應(yīng)用的工藝難題，而且成本較低。

本實(shí)用新型目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁，所述燃燒室內(nèi)壁外表面設(shè)有工藝環(huán)槽和溝槽內(nèi)壁；

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

上述液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁，所述每個(gè)工藝環(huán)槽的槽寬L2＝2L1～3L1，所述L1為燃燒室內(nèi)壁的端面與工藝環(huán)槽的最小間距。