一种复合材料推力室的连接结构制造技术

技术编号:17795295 阅读:45 留言:0更新日期:2018-04-25 18:43
一种复合材料推力室的新型连接结构,涉及液体双组元轨姿控发动机推力室复合材料和金属材料的连接方式领域;包括端头、过渡金属连接环、膨胀石墨密封圈、压环和喷管;其中,端头为圆台状结构;过渡金属连接环的一端沿轴向与端头固定连接;喷管沿轴向与过渡金属连接环固定连接;膨胀石墨密封圈套装在喷管与过渡金属连接环之间;压环固定安装在过渡金属连接环的轴向另一端;且压环固定安装在喷管与过渡金属连接环的连接处;本发明专利技术不仅适用于金属头部与复合材料喷管的连接,也适用于金属喷管与复合材料延伸段的连接,可简化连接结构,减轻推力室重量。

A new type of composite thrust chamber connection structure

A new connection structure of the thrust chamber of the composite material, which involves the connection mode of the compound material and metal material of the liquid dual component rail attitude control engine thrust chamber, including the end, the transition metal connection ring, the expanded graphite seal ring, the press ring and the nozzle. The nozzle is fixed in a fixed connection with the end head; the nozzle is fixed in a fixed connection with the transition metal connection ring along the axial direction; the expanded graphite seal ring is set between the nozzle and the transition metal connection ring; the pressure ring is fixed on the other end of the axis of the transition metal connection ring; and the pressure ring is fixed to the junction of the nozzle and the crossing metal connection ring; the invention is the invention. It is not only applicable to the connection between metal head and composite nozzle, but also to the connection between metal nozzle and the extension section of composite material, which can simplify the connection structure and reduce the weight of the thrust chamber.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料推力室的新型连接结构
本专利技术涉及一种液体双组元轨姿控发动机推力室复合材料和金属材料的连接方式领域,特别是一种复合材料推力室的新型连接结构。
技术介绍
优化推力室结构设计,有效降低推力室结构重量,是高性能推力室设计需考虑的重要因素之一。采用密度小、具有良好高温性能的复合材料(C/SiC、C-C)喷管或延伸段是实现推力室轻质、高性能的重要途径。但复合材料推力室的应用很大程度上取决于连接技术的发展。目前,液体双组元轨姿控发动机复合材料构件的连接主要是推力室钛合金头部与复合材料喷管的连接、金属喷管与复合材料延伸段之间的连接,归结起来是复合材料和金属材料的连接,连接的方法可采用机械连接和焊接两种方法。机械连接主要方式为螺栓-法兰连接和螺纹连接,连接方式结构笨重,难以满足轨姿控发动机轻质、高性能的要求,且可靠性欠佳、重复使用率低。欧空局卫星用400N推力室采用C/SiC作为喷管,其头身连接就采用了螺栓-法兰连接。而金属材料与复合材料的钎焊技术尚不成熟。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种复合材料推力室的新型连接结构,不仅适用于金属头部与复合材料喷管的连接,也适用于金属喷管与复合材料延伸段的连接,可简化连接结构,减轻推力室重量。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:一种复合材料推力室的新型连接结构,包括端头、过渡金属连接环、膨胀石墨密封圈、压环和喷管;其中,端头为圆台状结构;过渡金属连接环的一端沿轴向与端头固定连接;喷管沿轴向与过渡金属连接环固定连接;膨胀石墨密封圈套装在喷管与过渡金属连接环之间;压环固定安装在过渡金属连接环的轴向另一端;且压环固定安装在喷管与过渡金属连接环的连接处。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述的过渡金属连接环为中空双环柱体结构;包括内环柱和外环柱;外环柱包裹在内环柱的外壁;且外环柱与内环柱之间设置有环形凹槽。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述内环柱的内径L1为14-16mm;内环柱壁厚L2为1.4-1.6mm;过渡金属连接环外壁直径L3为23-26mm;过渡金属连接环轴向长度L5为12-15mm;外环柱壁厚L4为1-1.4mm;环形凹槽径向宽度L6为2-3mm。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述的端头、过渡金属连接环和压环均采用钛合金材料。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述膨胀石墨密封圈固定安装在环形凹槽内;且在喷管的挤压下,膨胀石墨密封圈沿轴向向端头方向压缩;膨胀石墨密封圈的最大压缩量为原轴向长度的25%-30%。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述喷管为变径柱体结构;喷管的大径端与过渡金属连接环的轴向一端接触;且喷管的大径端的外壁与过渡金属连接环的外环柱内壁接触;喷管的内径为为14-16mm;喷管小径端的壁厚L7为1.5-1.7mm。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述压环为截面为L形的中空环状结构;压环的拐角处与外环柱的轴向一端固定连接;压环的伸长端与喷管的大径端轴向接触。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述压环内壁的直径比喷管小径端的外壁直径大0.7-1.7mm。在上述的一种复合材料推力室的新型连接结构,所述端头与过渡金属连接环之间通过焊接连接;压环与过渡金属连接环之间通过焊接连接。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:(1)本专利技术采用了“过渡金属连接环-石墨密封-电子束焊接连接”的结构方式,实现了推力室金属头部与复合材料喷管的有效密封和紧凑、可靠连接,满足发动机轻质化、高推质比的要求;(2)本专利技术针对金属材料头部与复合材料喷管的密封问题,采用了沉入式密封结构,将膨胀石墨密封圈装入过渡金属连接环的密封槽内,通过复合材料喷管插入密封槽并卡紧压环来压紧密封。沉入式密封结构密封槽的体积为密封圈体积的四分之三左右,并采用专门的膨胀石墨密封圈;经热试车试验验证,良好地实现了过渡金属连接环与复合材料喷管的有效密封;(3)本专利技术装配时依次将膨胀石墨密封圈、复合材料喷管、压环压入过渡金属连接环内的密封槽中,并采用专用焊接工装将密封圈压紧;然后,采用真空电子束焊将过渡金属连接环和压环进行焊接;最后再采用真空电子束焊将金属头部和过渡金属连接环进行焊接,实现了发动机结构紧凑、连接可靠的要求。其中,压环使用两个半环对接并压紧的结构方式实现了不同出口尺寸的复合材料喷管的有效连接。附图说明图1为本专利技术复合材料喷管推力室头身连接结构示意图;图2为本专利技术过渡金属连接环示意图;图3为本专利技术喷管示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述:本专利技术提供一种复合材料推力室的新型连接结构,推力室金属端头1与复合材料喷管5的连接为“过渡金属连接环2-膨胀石墨密封圈3-电子束焊接连接”结构。如图1所示为复合材料喷管推力室头身连接结构示意图,由图可知,一种复合材料推力室的新型连接结构包括端头1、过渡金属连接环2、膨胀石墨密封圈3、压环4和喷管5;其中,端头1为圆台状结构;过渡金属连接环2的一端沿轴向与端头1固定连接;喷管5沿轴向与过渡金属连接环2固定连接;膨胀石墨密封圈3套装在喷管5与过渡金属连接环2之间;压环4固定安装在过渡金属连接环2的轴向另一端;且压环4固定安装在喷管5与过渡金属连接环2的连接处。端头1、过渡金属连接环2和压环4均采用钛合金材料。端头1与过渡金属连接环2之间通过焊接连接;压环4与过渡金属连接环2之间通过焊接连接。如图2所示为过渡金属连接环示意图,由图可知,过渡金属连接环2为中空双环柱体结构;包括内环柱2-1和外环柱2-2;外环柱2-2包裹在内环柱2-1的外壁;且外环柱2-2与内环柱2-1之间设置有环形凹槽2-3。其中,内环柱2-1的内径L1为14-16mm;内环柱2-1壁厚L2为1.4-1.6mm;过渡金属连接环2外壁直径L3为23-26mm;过渡金属连接环2轴向长度L5为12-15mm;外环柱2-2壁厚L4为1-1.4mm;环形凹槽2-3径向宽度L6为2-3mm。膨胀石墨密封圈3固定安装在环形凹槽2-3内;且在喷管5的挤压下,膨胀石墨密封圈3沿轴向向端头1方向压缩;膨胀石墨密封圈3的最大压缩量为原轴向长度的25%-30%。如图3所示为喷管示意图,由图可知,喷管5为变径柱体结构;喷管5的大径端与过渡金属连接环2的轴向一端接触;且喷管5的大径端的外壁与过渡金属连接环2的外环柱2-2内壁接触;喷管5的内径为为14-16mm;喷管5小径端的壁厚L7为1.5-1.7mm。压环4为截面为L形的中空环状结构;压环4的拐角处与外环柱2-2的轴向一端固定连接;压环4的伸长端与喷管5的大径端轴向接触。压环4内壁的直径比喷管5小径端的外壁直径大0.7-1.7mm。具体装配过程是:首先将膨胀石墨密封圈3装入过渡金属连接环2的环形凹槽2-3内,然后将喷管5装入过渡金属连接环2内,再将压环4压入过渡金属连接环2,随后利用专用工装将压环4、喷管5与过渡金属连接环2压紧。压紧后,膨胀石墨密封圈3变形充满整个密封槽实现密封功能,接着进行过渡金属连接环2与压环4的电子束焊接,最后进行推力室端头1与过渡金属连接环2的电子束焊接,从而完成整个推力室的生产。推力室头身连接结构的关键技术,主要体本文档来自技高网...
一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/44/201711182402.html" title="一种复合材料推力室的连接结构原文来自X技术">复合材料推力室的连接结构</a>

【技术保护点】
一种复合材料推力室的新型连接结构,其特征在于:包括端头(1)、过渡金属连接环(2)、膨胀石墨密封圈(3)、压环(4)和喷管(5);其中,端头(1)为圆台状结构;过渡金属连接环(2)的一端沿轴向与端头(1)固定连接;喷管(5)沿轴向与过渡金属连接环(2)固定连接;膨胀石墨密封圈(3)套装在喷管(5)与过渡金属连接环(2)之间;压环(4)固定安装在过渡金属连接环(2)的轴向另一端;且压环(4)固定安装在喷管(5)与过渡金属连接环(2)的连接处。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料推力室的新型连接结构,其特征在于:包括端头(1)、过渡金属连接环(2)、膨胀石墨密封圈(3)、压环(4)和喷管(5);其中,端头(1)为圆台状结构;过渡金属连接环(2)的一端沿轴向与端头(1)固定连接;喷管(5)沿轴向与过渡金属连接环(2)固定连接;膨胀石墨密封圈(3)套装在喷管(5)与过渡金属连接环(2)之间;压环(4)固定安装在过渡金属连接环(2)的轴向另一端;且压环(4)固定安装在喷管(5)与过渡金属连接环(2)的连接处。2.根据权利要求1所述的一种复合材料推力室的新型连接结构,其特征在于:所述的过渡金属连接环(2)为中空双环柱体结构;包括内环柱(2-1)和外环柱(2-2);外环柱(2-2)包裹在内环柱(2-1)的外壁;且外环柱(2-2)与内环柱(2-1)之间设置有环形凹槽(2-3)。3.根据权利要求2所述的一种复合材料推力室的新型连接结构,其特征在于:所述内环柱(2-1)的内径L1为14-16mm;内环柱(2-1)壁厚L2为1.4-1.6mm;过渡金属连接环(2)外壁直径L3为23-26mm;过渡金属连接环(2)轴向长度L5为12-15mm;外环柱(2-2)壁厚L4为1-1.4mm;环形凹槽(2-3)径向宽度L6为2-3mm。4.根据权利要求3所述的一种复合材料推力室的新型连接结构,其特征在于:所述的端头(1)、过...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁薇何佳丽李健王大锐安鹏姚世强任胜文
申请(专利权)人:北京航天动力研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1