一种推力室喉部连接结构及其加工方法与流程

1.本发明涉及一种开式循环液氧煤油发动机推力室结构，具体涉及一种推力室喉部连接结构及其加工方法。


背景技术：

2.现有的大部分液体火箭发动机推力室喉部连接方式为中段和尾喷管焊接后，其内壁和外壁均采用钎焊的方式连接，焊接后推力室喉部的内壁和外壁之间形成对接环腔，再采用将加强环焊接到身部的形式提高推力室喉部的结构强度。
3.随着商业航天低成本、高可靠和快速研制开式循环液氧煤油发动机的发展，加快了开展百吨级、大推力液氧煤油撞击式喷注器推力室研制。由于液体火箭发动机燃烧室室压的提高，推力室的热环境不断恶化，尤其是喉部附近的热流急剧增大。为进一步满足开式循环液氧煤油发动机的快速研制需要，现面临的关键技术难题是推力室喉部连接结构强度不足。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有推力室喉部结构强度不足的技术问题，而提供一种推力室喉部连接结构及其加工方法，提高喉部连接强度。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
6.一种推力室喉部连接结构，其特殊之处在于：包括波纹板、衬板、第一加强环以及第二加强环；
7.波纹板为圆筒状结构，设置于推力室中段和尾喷管对接环腔内，且一端与推力室中段的内壁固连，另一端与尾喷管的内壁固连；
8.衬板为圆筒状结构，设置于推力室中段的外壁和尾喷管的外壁之间，一端与推力室中段的外壁固连，另一端与尾喷管的外壁固连；所述衬板的内侧面与波纹板的外侧面连接；
9.第一加强环与第二加强环从内到外依次同轴设置于衬板的外部；第一加强环的两端分别与推力室中段的外壁和尾喷管的外壁固连，且第一加强环覆盖衬板；第二加强环的两端分别与推力室中段的外壁和尾喷管的外壁固连，且第二加强环包裹第一加强环。
10.进一步地，所述第二加强环包括相互连接的第一焊接环和第二焊接环；
11.第一焊接环和第二焊接环构成v形环槽，v形环槽的槽口两端分别与推力室中段的外壁、尾喷管的外壁固连，用于为推力室提供外挂件焊接位置。
12.进一步地，所述第一焊接环和第二焊接环之间的夹角为60
°‑
90
°
。
13.进一步地，所述第一焊接环和第二焊接环之间的夹角为60
°
。
14.进一步地，所述第一焊接环和第二焊接环一体制成。
15.进一步地，所述第一加强环为分体结构，包括两个弧形结构，两个弧形结构扣合形成圆筒状，弧形结构的两端分别与推力室中段的外壁、尾喷管的外壁固连。
16.进一步地，所述波纹板的壁厚为0.5mm；
17.衬板的壁厚为3mm；
18.第一加强环的壁厚为2mm；
19.第一焊接环和第二焊接环的壁厚均为4.5mm。
20.同时本发明还提供了一种上述推力室喉部连接结构的加工方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
21.1)固连推力室中段的内壁与尾喷管的内壁；
22.2)将波纹板设置于推力室中段的内壁与尾喷管的内壁上；
23.3)通过点焊将衬板分别与波纹板、推力室中段的外壁与尾喷管的外壁固连；
24.4)将第一加强环分别与推力室中段的外壁、尾喷管的外壁固连；
25.5)利用第二加强环包裹第一加强环，并将第二加强环与推力室中段和尾喷管外壁固连，完成推力室喉部连接结构的加工。
26.进一步地，步骤5)具体为：
27.利用第二加强环包裹第一加强环，第二加强环包括连接的第一焊接环和第二焊接环，第一焊接环和第二焊接环构成v形环槽，将v形环槽的槽口两端分别与推力室中段的外壁、尾喷管的外壁焊接固定，完成推力室喉部连接结构的加工。
28.进一步地，步骤5)中，第一焊接环和第二焊接环一体制成。
29.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
30.(1)本发明推力室喉部连接结构，在推力室中段和尾喷管形成的喉部对接焊缝处的环腔内设置波纹板，对接焊缝处的外壁靠近波纹板一侧上设置衬板，并通过第一加强环和第二加强环与推力室中段和尾喷管外壁固连，使得推力室中段和尾喷管的连接强度更高，工艺方法更简单，且对接焊缝均可以通过x光、煤油试验及液气压试验考核，进一步加强了本发明推力室喉部连接结构高可靠性。
31.(2)本发明推力室喉部连接结构中的第一焊接环和第二焊接环，为推力室提供了外挂件焊接位置，避免影响推力室身部钎焊质量，满足了推力室总体布局要求，实现外挂件与推力室的可靠连接。
32.(3)本发明推力室喉部连接结构的加工方法，制造工艺简单、成本低、可靠性高，解决了推力室喉部结构强度不足的技术难题。
33.(4)本发明推力室喉部连接结构的加工方法，首次在大推力开式循环液氧煤油发动机推力室的喉部上使用，其中第二加强环由连接的第一焊接环和第二焊接环构成v形环槽，分别与推力室中段外壁、尾喷管外壁固连，提高了本发明推力室结构的强度，v形环槽一体制成，可以控制第一焊接环和第二焊接环各方向厚度均匀一致，提高v形环槽的结构可靠性，防止结构变形。
附图说明
34.图1为本发明推力室喉部连接结构实施例的结构示意图；
35.图2为图1中a处的放大图；
36.图3为本发明推力室喉部连接结构实施例中第一焊接环和第二焊接环的结构示意图。
37.图中附图标记为：
38.1-推力室中段，2-尾喷管，3-波纹板，4-衬板，5-第一加强环，6-第一焊接环，7-第二焊接环。
具体实施方式
39.如图1、图2所示，一种推力室喉部连接结构，包括波纹板3、衬板4、第一加强环5以及第二加强环；所述波纹板3为圆筒状结构，设置于推力室中段1和尾喷管2对接环腔内，且一端与推力室中段1的内壁固连，另一端与尾喷管2的内壁固连；所述衬板4为圆筒状结构，设置于推力室中段1的外壁和尾喷管2的外壁之间，一端与推力室中段1的外壁固连，另一端与尾喷管2的外壁固连；所述衬板4的内侧面与波纹板3的外侧面连接；所述第一加强环5与第二加强环从内到外依次同轴设置于衬板4的外部；第一加强环5的两端分别与推力室中段1的外壁和尾喷管2的外壁固连，且第一加强环5覆盖衬板4；第二加强环的两端分别与推力室中段1的外壁和尾喷管2的外壁固连，且第二加强环包裹第一加强环5。其中，波纹板3用于均流，衬板4增强了推力室中段1、尾喷管2对接焊缝处的强度。
40.如图3所示，所述第二加强环包括相互连接的第一焊接环6和第二焊接环7；所述第一焊接环6和第二焊接环7构成v形环槽，v形环槽的槽口两端分别与推力室中段1的外壁、尾喷管2的外壁固连，用于为推力室提供外挂件焊接位置。优选地，所述第一焊接环6和第二焊接环7之间的夹角为60
°
。
41.第一加强环5为圆筒状，其两端分别与推力室中段1的外壁、尾喷管2的外壁固连。所述波纹板3的壁厚为0.5mm；所述衬板4的壁厚为3mm；所述第一加强环5的壁厚为2mm；所述第一焊接环6和第二焊接环7的壁厚均为4.5mm。所述第一焊接环6和第二焊接环7一体制成，具有低成本、结构高可靠、制造工艺简单等优点，提高了推力室的工作可靠性。
42.由于开式循环液氧煤油发动机推力室大部分燃料由其身部法兰进入再生冷却通道，冷却身部后经头部与身部连接部位进入燃料容腔；少部分燃料直接进入隔板路，冷却隔板后在头部与身部连接处与主路燃料汇合后进入燃料容腔。燃料经喷孔喷注进入燃烧室撞击和雾化；氧化剂和燃料在燃烧室中混合、蒸发和反应燃烧，生成高温高压燃气；高温燃气在燃烧室中流动和加速，到达喉部后，燃气达到音速，后经喷管加速至超音速排出产生巨大的推力，因此其对推力室喉部连接结构、连接强度、以及焊缝的质量都由较高的要求。本发明中将第一加强环5与第二加强环从内到外依次同轴设置于衬板4的外部，且第二加强环中第一焊接环6和第二焊接环7一体制成，加强了本发明推力室喉部连接结构高可靠性。
43.同时，本发明还提供了一种推力室喉部连接结构的加工方法，基于上述一种推力室喉部连接结构，包括以下步骤：
44.1)固连推力室中段1的内壁与尾喷管2的内壁；
45.2)将波纹板3通过点焊定位，再通过钎焊设置于推力室中段1的内壁与尾喷管2的内壁上；
46.3)通过点焊将衬板4分别与波纹板3、推力室中段1的外壁与尾喷管2的外壁固连；
47.4)将第一加强环5分别与推力室中段1的外壁、尾喷管2的外壁固连；
48.5)利用第二加强环包裹第一加强环5，将一体制成的第一焊接环6和第二焊接环7构成的v形环槽的槽口两端分别与推力室中段1的外壁、尾喷管2的外壁焊接固定，完成推力
室喉部连接结构的加工。
49.实施例二
50.实施例二与实施例一的区别在于，第一加强环5为连接的两个弧形结构，两个弧形结构扣合形成圆筒状第一加强环5，两个弧形结构的两端分别与推力室中段1外壁、尾喷管2外壁固连；推力室中段1和尾喷管2组合状态称为推力室身部，由于其结构较大，因此将第一加强环5设置为连接的两个弧形结构，使得安装更方便。

技术特征：
1.一种推力室喉部连接结构，其特征在于：包括波纹板(3)、衬板(4)、第一加强环(5)以及第二加强环；所述波纹板(3)为圆筒状结构，设置于推力室中段(1)和尾喷管(2)对接环腔内，且一端与推力室中段(1)的内壁固连，另一端与尾喷管(2)的内壁固连；所述衬板(4)为圆筒状结构，设置于推力室中段(1)的外壁和尾喷管(2)的外壁之间，一端与推力室中段(1)的外壁固连，另一端与尾喷管(2)的外壁固连；所述衬板(4)的内侧面与波纹板(3)的外侧面连接；所述第一加强环(5)与第二加强环从内到外依次同轴设置于衬板(4)的外部；第一加强环(5)的两端分别与推力室中段(1)的外壁和尾喷管(2)的外壁固连，且第一加强环(5)覆盖衬板(4)；第二加强环的两端分别与推力室中段(1)的外壁和尾喷管(2)的外壁固连，且第二加强环包裹第一加强环(5)。2.根据权利要求1所述的一种推力室喉部连接结构，其特征在于：所述第二加强环包括相互连接的第一焊接环(6)和第二焊接环(7)；所述第一焊接环(6)和第二焊接环(7)构成v形环槽，v形环槽的槽口两端分别与推力室中段(1)的外壁、尾喷管(2)的外壁固连，用于为推力室提供外挂件焊接位置。3.根据权利要求2所述的一种推力室喉部连接结构，其特征在于：所述第一焊接环(6)和第二焊接环(7)之间的夹角为60
°‑
90
°
。4.根据权利要求3所述的一种推力室喉部连接结构，其特征在于：所述第一焊接环(6)和第二焊接环(7)之间的夹角为60
°
。5.根据权利要求2-4任一所述的一种推力室喉部连接结构，其特征在于：所述第一焊接环(6)和第二焊接环(7)一体制成。6.根据权利要求5所述的一种推力室喉部连接结构，其特征在于：所述第一加强环(5)为分体结构，包括两个弧形结构，两个弧形结构扣合形成圆筒状，弧形结构的两端分别与推力室中段(1)的外壁、尾喷管(2)的外壁固连。7.根据权利要求6所述的一种推力室喉部连接结构，其特征在于：所述波纹板(3)的壁厚为0.5mm；所述衬板(4)的壁厚为3mm；所述第一加强环(5)的壁厚为2mm；所述第一焊接环(6)和第二焊接环(7)的壁厚均为4.5mm。8.一种权利要求1-7任一所述的推力室喉部连接结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：1)固连推力室中段(1)的内壁与尾喷管(2)的内壁；2)将波纹板(3)设置于推力室中段(1)的内壁与尾喷管(2)的内壁上；3)通过点焊将衬板(4)分别与波纹板(3)、推力室中段(1)的外壁与尾喷管(2)的外壁固连；4)将第一加强环(5)分别与推力室中段(1)的外壁、尾喷管(2)的外壁固连；5)利用第二加强环包裹第一加强环(5)，并将第二加强环与推力室中段(1)和尾喷管(2)外壁固连，完成推力室喉部连接结构的加工。9.根据权利要求8所述的一种推力室喉部连接结构的加工方法，其特征在于，步骤5)具
体为：利用第二加强环包裹第一加强环(5)，所述第二加强环包括连接的第一焊接环(6)和第二焊接环(7)，第一焊接环(6)和第二焊接环(7)构成v形环槽，将v形环槽的槽口两端分别与推力室中段(1)的外壁、尾喷管(2)的外壁焊接固定，完成推力室喉部连接结构的加工。10.根据权利要求9所述的一种推力室喉部连接结构的加工方法，其特征在于：步骤5)中，所述第一焊接环(6)和第二焊接环(7)一体制成。

技术总结
本发明涉及一种开式循环液氧煤油发动机推力室结构，具体涉及一种推力室喉部连接结构及其加工方法，解决现有推力室喉部结构强度不足的技术问题。该推力室喉部连接结构，包括波纹板、衬板、第一加强环以及第二加强环；波纹板设置于推力室中段和尾喷管对接环腔内，且一端与推力室中段的内壁固连，另一端与尾喷管的内壁固连；衬板设于推力室中段的外壁和尾喷管的外壁之间，一端与推力室中段的外壁固连，另一端与尾喷管的外壁固连；第一加强环的两端分别与推力室中段的外壁和尾喷管的外壁固连；第二加强环的两端分别与推力室中段的外壁和尾喷管的外壁固连，使得推力室中段和尾喷管的连接强度更高，工艺方法更简单。工艺方法更简单。工艺方法更简单。


技术研发人员：金丹 李龙飞 种衡阳 刘永兴 丰雪平 王化余 凌前程
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/11