一种用于改善固体发动机Al制造技术

本实用新型专利技术属于机械设备技术领域，涉及一种用于改善固体发动机Al

【技术实现步骤摘要】
一种用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管
本技术属于机械设备
，涉及一种喷管，特别涉及一种用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管。
技术介绍
固体火箭发动机是火箭、导弹等航空航天飞行器的动力装置，其原理是通过固体推进剂燃烧产生高温燃气，然后经喷管喷出产生反作用力，因此，喷管是燃烧室高温高压燃气的出口，是发动机能量转换的一个重要部件，为了使燃烧室内亚音速燃气在喷管内加速到超音速，喷管内型面形状通常是先收敛后扩张，而中间最小直径处即为喉部，喷管的结构直接影响发动机的性能，其中主要是通过喷管内型面尺寸，尤其是喉部直径，来直接控制发动机燃烧室内压强及其它燃烧参数。发动机在工作时，含铝推进剂燃烧会产生三氧化二铝(Al2O3)，推进剂的燃温一般在3000℃以上，由于三氧化二铝的熔点为2054℃，因此燃烧产生的三氧化二铝基本为液态，当高温的三氧化二铝小液滴随气流流动碰撞到低温的喷管内型面时，由于温差过大，液态的三氧化二铝会凝固并粘附在喷管内型面上；随着发动机的持续工作，内型面上堆积的三氧化二铝聚团越来越多，内型面上堆积越厚，使得内型面的尺寸发生不断缩小，特别是当喉部喉径变小发生堵塞，显著影响发动机工作性能，使燃烧室内压强升高，严重时甚至会发生发动机壳体破裂。因此，改善推进剂沉积堵塞喉部的问题是使用含铝推进剂的固体发动机设计中比较重要的一环；小型发动机尤其是端燃药型的发动机由于喷管喉径小，发动机压强对喉径的变化很敏感，因此减小Al2O3沉积，避免喉部堵塞显得尤为重要。现有的改善Al2O3沉积的方法主要有：扩大喉径、减少推进剂中铝粉含量、减小喷管内型面粗糙度、减小喷管收敛段角度、减小喉衬厚度等。这些方法单独使用时对于改善沉积都有一定的局限性，并且改善程度有限：1)扩大喉径会减小燃烧室内压强、发动机推力和总冲(或比冲)，造成能量损失，由于总体会给出推力或总冲指标，因此喉径扩大是受限制的；2)减少推进剂中铝粉含量会降低药柱燃速与比冲；3)喷管内型面粗糙度受工艺限制，减少幅度有限；4)减小喷管收敛段角度会使喷管长度、质量增加。
技术实现思路
针对现有固体发动机喷管Al2O3沉积现象改善时的局限性问题，本技术提出一种喷管的内型面过渡平稳、光滑、导热系数高，Al2O3不易沉积，Al2O3粘结力小易被吹离，工艺简单易实现的用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管，包括由内而外固定连接的喉衬、背衬以及壳体，所述喉衬与背衬形成流道，其特征在于：所述流道的内型面从入口到出口依次为收敛段、喉部直段以及扩口段，所述收敛段的延伸线与喷管轴线之间的夹角为38°。进一步的，所述流道的内型面粗糙度为0.8。进一步的，所述喉衬的内型面从入口至出口依次为喉衬收敛段、喉衬直线段和喉衬扩口段，所述喉衬直线段与喷管轴线之间的厚度为4.05mm。进一步的，所述喉衬收敛段与背衬内壁平滑过渡连接形成喷管收敛段，所述喉衬扩口段与背衬内壁平滑过渡连接形成喷管扩口段。进一步的，所述喉衬收敛段与喉衬直线段之间的通过圆弧过渡，所述圆弧的半径R为9mm。进一步的，所述喉衬直线段与喉衬扩口段之间通过圆弧过渡，所述圆弧的半径R为5mm。进一步限定，所述喉衬为钼喉衬。进一步的，用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管还包括堵盖，所述堵盖置于扩口段锥面处。本技术的优点是：1、本技术中收敛段为一段锥段，收敛段与喉部直段之间圆弧过渡且收敛段的收敛角为38°。本技术中收敛段的段数减少，避免产生凹槽而导致Al2O3的沉积，同时由于收敛段的收敛角度减小使得Al2O3沉积减少，本技术在不扩大喉部直径的前提下改善了喉部的沉积现象；因为采用扩大喉径的方法，则会导致发动机喷管扩张比降低、比冲/总冲降低，当发动机未达到预期的能量特性时，还需要增加装药质量，导致发动机总质量增加。2、本技术采用的喷管的内型面的粗糙度为0.8，喷管内型面的粗糙度减小，表明喷管的流道内壁表面更光滑，会导致沉积在喷管流道内的熔融Al2O3粘接力变小，更容易被剥离吹飞。3、本技术喉衬直段距离喷管轴线之间的厚度为4.05mm，喉衬距离喉部的厚度减小，同时喉衬为钼喉衬，由于钼导热系数高，会使得喉部温度场更快达到稳态，即喷管内表面温度更高，降低Al2O3的沉积。4、本技术中，喉衬收敛段与喉衬直线段之间的通过半径R为9mm的圆弧过渡，喉衬直线段与喉衬扩口段之间通过R为5mm的圆弧过渡，与现有的相比，增大喉衬收敛段与喉部直段以及喉衬直段与扩口段过渡处的圆角，使得拐角处更光滑平缓从而降低Al2O3的沉积。附图说明图1为现有喷管的结构示意图；图2为本技术提供的喷管结构示意图；图3为现有喷管的试验推力曲线；图4为本技术提供的喷管试验推力曲线；1—壳体；2—背衬；3—喉衬；4—流道；5—堵盖。具体实施方式现结合附图以及实施例对本技术做详细的说明。实施例1参见图1，现有的固体发动机用喷管，喷管结构为轴对称，包括由内而外固定连接的喉衬3、背衬2以及壳体1，喉衬3与背衬2形成流道，流道4的内型面从入口到出口依次为收敛段、喉部直段以及扩口段。其中，背衬2材料为模压碳/酚醛，喉衬3材料为石墨；流道4的内型面中的收敛段包括两段锥段，第一锥段段的入口处收敛半角为25°，然后通过R15mm圆角过渡到第二锥段，第二锥段的收敛半角为42°，整个流道内型面的粗糙度为3.2；喉衬收敛段与喉衬直段之间的单边高度距离6.25mm；喉衬收敛段与喉衬直段过渡处圆角的半径为R6mm，喉衬直段与扩口段过渡处圆角半径为R4mm。现有的发动机用喷管容易导致Al2O3的沉积。实施例2为了改善附体发动机在实用过程中Al2O3的沉积，本技术提供一种改善Al2O3沉积的固体发动机用喷管。具体的，参见图2，改善固体发动机Al2O3沉积的喷管包括壳体1、背衬2、堵盖5以及喉衬3，喉衬3与背衬2形成流道4，整个喷管装置为上下轴向对称结构，流道置于中心位置，从流道4向外依次设置喉衬3、背衬2以及壳体1；流道4的内型面从入口到出口依次为收敛段、喉部直段以及扩口段，堵盖5置于扩口段锥面处。本实施例中，收敛段为一段锥段，收敛段与喉部直段之间圆弧过渡且收敛段的收敛角为38°；与实施例1中现有的收敛段相比，收敛段的段数减少同时收敛角度减小使得Al2O3沉积减少，解决了通过扩大喉径改善喉部Al2O3的沉积现象，因为扩大喉径会减小燃烧室内压强、发动机推力和总冲，造成能量损失。本实施例中，流道内型面的粗糙度为0.8，与实施例1中现有流道内型面的粗糙度为3.2相比，本技术中流道内型面的粗糙度大幅度减小，表明流道内型面更光滑，会导致沉积在流道内型面上的熔融Al2O3粘接力变小，更容易被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改善固体发动机Al

【技术特征摘要】
1.一种用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管，包括由内而外固定连接的喉衬(3)、背衬(2)以及壳体(1)，所述喉衬(3)与背衬(2)形成流道(4)，其特征在于：所述流道(4)的内型面从入口到出口依次为收敛段、喉部直段以及扩口段，所述收敛段的延伸线与喷管轴线之间的夹角为38°。


2.根据权利要求1所述的用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管，其特征在于：所述流道(4)的内型面粗糙度为0.8。


3.根据权利要求1所述的用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管，其特征在于：所述喉衬(3)的内型面从入口至出口依次为喉衬收敛段、喉衬直线段和喉衬扩口段，所述喉衬直线段与喷管轴线之间的厚度为4.05mm。


4.根据权利要求3所述的用于改善固体发动机Al2O3沉积的喷管，其特征在于：所述喉衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：马俊，姚挺，陈铭德，杨利锋，樊黎君，黄阳飞，何亮，
申请(专利权)人：西安航科等离子体科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61