气态双组元推力室结构的制作方法

1.本发明涉及火箭驱动设备领域，具体地，涉及一种气态双组元推力室结构。


背景技术：

2.在航天推进系统领域，发动机的低成本、长寿命和可重复使用一直是追求的目标，但发动机恶劣的工作环境严重制约了上述目标的实现。
3.发动机高的燃烧温度，超过了许多金属的熔点，使发动机燃烧室需要采取铌钨合金等高熔点的特殊材料，来满足耐高温的要求，同时限制了发动机的工作时间。
4.公开号为cn212985397u的专利文献公开了一种火箭发动机推力室，包含推力室身部和喷管部，所述推力室身部包含头部和喉部，所述喉部相对于所述头部向所述喉部的轴线方向凹陷形成，所述喷管部为两端相通且内部设有供液体/气体介质流通的通道，所述推力室身部和所述喷管部同轴设置，所述推力室身部和所述喷管部相邻端面对接的连接处通过焊接连接形成的熔接部彼此连接。整个结构，具有设计合理，可以使得所述推力室在高压和高低温环境下结构稳定，固定牢固，保证火箭发动机推力室安全使用。但是该推力室的侧壁未设置冷却流道，燃烧室对材料具有较大限制。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种气态双组元推力室结构。
6.根据本发明提供的气态双组元推力室结构，包括头部与喷管，头部与喷管一体成型，所述头部包括头部本体和燃烧室壁面，头部本体、燃烧室壁面以及喷管依次同轴设置，所述头部本体底部与燃烧室壁面内侧构成燃烧室；
7.所述头部本体与燃烧室壁面内部设置作为冷却流道的第一组元流道，所述头部本体内部设置第二组元流道，所述第一组元流道与第二组元流道均连通燃烧室，所述燃烧室连通喷管；
8.第一气态组元通过第一组元流道进入燃烧室，第二气态组元通过第二组元流道进入燃烧室，所述第一气态组元与第二气态组元在燃烧室内进行掺混并点燃，从而产生推力。
9.优选地，所述第一组元流道包括依次连通的第一组元入口、导向槽以及喷注孔；
10.所述第一组元入口设置在头部本体上，导向槽设置在燃烧室壁面内部，喷注孔设置在燃烧室壁面内侧底部且连通燃烧室；
11.所述第一气态组元依次通过第一组元入口、导向槽以及喷注孔，并从燃烧室底部进入燃烧室。
12.优选地，所述喷注孔的孔壁沿燃烧室壁面的切向方向水平设置且作为内层冷却流道；
13.所述第二气态组元从喷注孔喷出后，沿切向方向水平旋出。
14.优选地，所述导向槽为螺旋槽结构，所述螺旋槽结构设置于燃烧室壁面内部且作为外层冷却流道。
15.优选地，所述喷注孔为多个，多个喷注孔沿周向设置在燃烧室壁面内侧底部。
16.优选地，所述第一组元入口与导向槽均与喷注孔一一对应设置。
17.优选地，所述第二组元流道包括依次连通的第二组元入口、第一集气环、第二集气环以及直流喷注孔；
18.所述第二组元入口、第一集气环、第二集气环以及直流喷注孔均设置在头部本体内部；
19.所述第二气态组元依次通过第二组元入口、第一集气环、第二集气环以及直流喷注孔，并从燃烧室顶部进入燃烧室。
20.优选地，所述第一集气环、第二集气环以及直流喷注孔组成n型流道；
21.所述第一集气环的底端连通第二组元入口，第一集气环的顶端连通第二集气环的一端，第二集气环的另一端连通直流喷注孔的顶端，直流喷注孔的底端连通燃烧室；
22.所述第二气态组元在第一集气环内的流动方向与在直流喷注孔内的流动方向相反。
23.优选地，所述头部与喷管采用增材制造成型。
24.优选地，所述头部的顶部设置有电嘴安装座。
25.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
26.1、本发明结构简单，操作方便，采用一体成型的头部与喷管，将推力室零件降低至一个，缩短了产品加工周期、降低了加工成本、提高了产品结构强度。
27.2、本发明采用第一集气环、第二集气环以及直流喷注孔组成n型流道的技术手段，通过设置多环结构，确保了第二气态组元流场的稳定性。
28.3、本发明采用喷注孔孔壁切向设置且螺旋槽结构的导向槽均布于燃烧室壁面的技术手段，形成了两层冷却流道，冷却和隔热效果显著，有效降低了燃烧室壁面温度，降低了燃烧室对材料的限制，突破了燃烧室对材料使用的限制。
附图说明
29.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
30.图1为本发明的结构示意图；
31.图中示出：
32.头部1第一集气环122
33.第一组元流道11第二集气环123
34.第一组元入口111直流喷注孔124
35.导向槽112电嘴安装座13
36.喷注孔113燃烧室2
37.第二组元流道12喷管3
38.第二组元入口121
具体实施方式
39.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术
人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
40.本发明公开了一种气态双组元推力室结构，创造性的采用一体化推力室结构、n型流道和燃烧室内外双层冷却流道，具有结构简单、燃烧室壁面温度低、工作寿命长等优点，可满足长寿命的推力室的使用要求。
41.根据本发明公开的气态双组元推力室结构，如图1所示，包括一体成型的头部1与喷管3，所述头部1包括头部本体和燃烧室壁面，头部本体、燃烧室壁面以及喷管3依次同轴设置，所述头部本体底部与燃烧室壁面内侧构成燃烧室2；所述头部本体与燃烧室壁面内部设置作为冷却流道的第一组元流道11，所述头部本体内部设置第二组元流道12，所述第一组元流道11与第二组元流道12均连通燃烧室2，所述燃烧室2连通喷管3；第一气态组元通过第一组元流道11进入燃烧室2，第二气态组元通过第二组元流道12进入燃烧室2，所述第一气态组元与第二气态组元在燃烧室2内进行掺混并点燃，从而产生推力。所述头部1的顶部设置有电嘴安装座13，第一气态组元与第二气态组元在燃烧室2内进行掺混后，电嘴点火产生推力。优选地，所述头部本体中部沿轴向设置通孔，通孔的一端设置电嘴安装座13，通孔的另一端连通燃烧室2。
42.优选地，所述头部1与喷管3采用增材制造成型，具有结构简单、成本低等优点。优选地，所述第一组元流道11与第二组元流道12均为多个，均沿周向均匀设置在头部1内部。
43.所述第一组元流道11包括依次连通的第一组元入口111、导向槽112以及喷注孔113；所述第一组元入口111设置在头部本体上，导向槽112设置在燃烧室壁面内部，喷注孔113设置在燃烧室壁面内侧底部且连通燃烧室2；所述第一气态组元依次通过第一组元入口111、导向槽112以及喷注孔113，并从燃烧室2底部进入燃烧室2。所述喷注孔113的孔壁沿燃烧室壁面的切向方向水平设置且作为内层冷却流道；所述第二气态组元从喷注孔113喷出后，沿切向方向水平旋出。所述导向槽112为螺旋槽结构，所述螺旋槽结构均布于燃烧室壁面内部且作为外层冷却流道。所述导向槽(112)和喷注孔(113)组成燃烧室内外双层冷却流道，冷却和隔热效果显著，有效降低了燃烧室壁面温度，降低了燃烧室对材料的限制。优选地，所述喷注孔113为多个，多个喷注孔113沿周向设置在燃烧室壁面内侧底部，且第一组元入口111与导向槽112均与喷注孔113一一对应设置。
44.所述第二组元流道12包括依次连通的第二组元入口121、第一集气环122、第二集气环123以及直流喷注孔124；所述第二组元入口121、第一集气环122、第二集气环123以及直流喷注孔124均设置在头部本体内部；所述第二气态组元依次通过第二组元入口121、第一集气环122、第二集气环123以及直流喷注孔124，并从燃烧室2顶部进入燃烧室2。所述第一集气环122、第二集气环123以及直流喷注孔124组成n型流道；所述第一集气环122的底端连通第二组元入口121，第一集气环122的顶端连通第二集气环123的一端，第二集气环123的另一端连通直流喷注孔124的顶端，直流喷注孔124的底端连通燃烧室2；所述第二气态组元在第一集气环122内的流动方向与在直流喷注孔124内的流动方向相反，通过多环结构，确保了流场的稳定性。
45.实施例1：
46.本实施例提供了一种气氢气氧双组元的推力室结构，气氢从第一组元入口111进
入头部1，依次经导向槽112和喷注孔113进入燃烧室2，气氧从第二组元入口121进入头部1，依次经第一集气环122、第二集气环123和直流喷注孔124进入燃烧室2；气氢和气氧进入燃烧室后，在燃烧室内进行掺混，在点火源的作用下点燃，产生推力。
47.气氢在螺旋结构导向槽112内以较高速度流动并带走部分推力室的结构热，从切向设置的喷注孔113喷出后，以水平切向旋出，形成贴壁并往燃烧室2顶部旋转的气膜，隔绝了高温燃气和燃烧室壁面，双层冷却流道使燃烧室壁面温度处于较低的水平，极大程度上降低了推力室对材料的严苛要求、提高了推力室的使用寿命。
48.具体地，所述第一集气环122、第二集气环123和直流喷注孔124组成n型氧化剂流道，通过多环结构，确保了气氧路流场的稳定性。
49.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
50.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种气态双组元推力室结构，其特征在于，包括头部(1)与喷管(3)，头部(1)与喷管(3)一体成型，所述头部(1)包括头部本体和燃烧室壁面，头部本体、燃烧室壁面以及喷管(3)依次同轴设置，所述头部本体底部与燃烧室壁面内侧构成燃烧室(2)；所述头部本体与燃烧室壁面内部设置作为冷却流道的第一组元流道(11)，所述头部本体内部设置第二组元流道(12)，所述第一组元流道(11)与第二组元流道(12)均连通燃烧室(2)，所述燃烧室(2)连通喷管(3)；第一气态组元通过第一组元流道(11)进入燃烧室(2)，第二气态组元通过第二组元流道(12)进入燃烧室(2)，所述第一气态组元与第二气态组元在燃烧室(2)内进行掺混并点燃，从而产生推力。2.根据权利要求1所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述第一组元流道(11)包括依次连通的第一组元入口(111)、导向槽(112)以及喷注孔(113)；所述第一组元入口(111)设置在头部本体上，导向槽(112)设置在燃烧室壁面内部，喷注孔(113)设置在燃烧室壁面内侧底部且连通燃烧室(2)；所述第一气态组元依次通过第一组元入口(111)、导向槽(112)以及喷注孔(113)，并从燃烧室(2)底部进入燃烧室(2)。3.根据权利要求2所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述喷注孔(113)的孔壁沿燃烧室壁面的切向方向水平设置且作为内层冷却流道；所述第二气态组元从喷注孔(113)喷出后，沿切向方向水平旋出。4.根据权利要求2所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述导向槽(112)为螺旋槽结构，所述螺旋槽结构设置于燃烧室壁面内部且作为外层冷却流道。5.根据权利要求2所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述喷注孔(113)为多个，多个喷注孔(113)沿周向设置在燃烧室壁面内侧底部。6.根据权利要求5所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述第一组元入口(111)与导向槽(112)均与喷注孔(113)一一对应设置。7.根据权利要求1所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述第二组元流道(12)包括依次连通的第二组元入口(121)、第一集气环(122)、第二集气环(123)以及直流喷注孔(124)；所述第二组元入口(121)、第一集气环(122)、第二集气环(123)以及直流喷注孔(124)均设置在头部本体内部；所述第二气态组元依次通过第二组元入口(121)、第一集气环(122)、第二集气环(123)以及直流喷注孔(124)，并从燃烧室(2)顶部进入燃烧室(2)。8.根据权利要求7所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述第一集气环(122)、第二集气环(123)以及直流喷注孔(124)组成n型流道；所述第一集气环(122)的底端连通第二组元入口(121)，第一集气环(122)的顶端连通第二集气环(123)的一端，第二集气环(123)的另一端连通直流喷注孔(124)的顶端，直流喷注孔(124)的底端连通燃烧室(2)；所述第二气态组元在第一集气环(122)内的流动方向与在直流喷注孔(124)内的流动方向相反。9.根据权利要求1所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述头部(1)与喷管(3)
采用增材制造成型。10.根据权利要求1所述的气态双组元推力室结构，其特征在于，所述头部(1)的顶部设置有电嘴安装座(13)。

技术总结
本发明提供了一种气态双组元推力室结构，包括一体成型的头部与喷管，头部包括头部本体和燃烧室壁面，头部本体、燃烧室壁面以及喷管依次同轴设置，头部本体底部与燃烧室壁面内侧构成燃烧室；头部本体与燃烧室壁面内部设置作为冷却流道的第一组元流道，头部本体内部设置第二组元流道，第一组元流道与第二组元流道均连通燃烧室，燃烧室连通喷管；第一气态组元通过第一组元流道进入燃烧室，第二气态组元通过第二组元流道进入燃烧室，第一气态组元与第二气态组元在燃烧室内进行掺混并点燃，从而产生推力。本发明采用一体成型的头部与喷管，将推力室零件降低至一个，缩短了产品加工周期、降低了加工成本、提高了产品结构强度。提高了产品结构强度。提高了产品结构强度。


技术研发人员：曾夜明 金盛宇 许宏博 贾晴晴 时佰宏 孙德川 关亮
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/6/28