一种膨胀偏转喷管主动热防护结构制造技术

本发明专利技术公开一种膨胀偏转喷管主动热防护结构，包括燃烧室，燃烧室的一端固接有喷管，燃烧室与喷管连通，燃烧室内设置有空心圆柱体，空心圆柱体的一端与燃烧室固接，空心圆柱体另一端固接有导流器，空心圆柱体与导流器连通，导流器位于喷管内；导流器包括连通管和导流端面，连通管两端分别与空心圆柱体和导流端面固接，连通管与空心圆柱体连通。本发明专利技术能够实现通过喷注二次流在主流燃气与导流器之间形成的二次流剪切层，减少主流与导流器的直接接触，降低主流对导流器的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高导流器的工作寿命，进而提高膨胀偏转喷管工作可靠性。偏转喷管工作可靠性。偏转喷管工作可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀偏转喷管主动热防护结构


[0001]本专利技术涉及发动机
，特别是涉及一种膨胀偏转喷管主动热防护结构。

技术介绍

[0002]喷管是火箭发动机的主要组成部件，是决定其性能的关键因素。高性能的喷管是提升火箭发动机性能指标的重要途径。为了高效地执行飞行任务，火箭发动机必须产生高比冲，即在单位时间内消耗的燃料重量与推力的高比率。当发动机有一个高面积比的喷管时，这是最容易实现的，面积比是喷管出口面积和喉部面积的比值。然而，传统的锥型/钟型喷管几何结构固定，因此喷管面积比固定，只有在设计高度能够获得最佳工作性能，而在大范围的飞行高度下存在较大的推力损失，限制了火箭发动机性能的进一步提高。
[0003]膨胀偏转喷管是一种具有高度补偿效应的喷管。它通过喷管喉部的导流器对燃气喷流膨胀进行限制，同时膨胀喷流感应大气环境自动调整轮廓，进而调节喷管面积比。相较于传统喷管，膨胀偏转喷管具有工作高度范围宽、长度短、结构紧凑、重量轻的优点。在运载器两级连接时可采用“嵌入式”设计，即将下面级的前封头嵌入上面级的膨胀偏转喷管中，取消级间段，大大节省运载器的长度及发射设备空间。由于上述优势，美国NASA和法国航空航天局很早就提出了基于膨胀偏转喷管技术的“整体级”火箭发动机概念，作为新一代发动机的储备技术，并完成了地面原理样机开发与热试演示验证。
[0004]但是，膨胀偏转喷管喉部导流器在工作过程中会承受极大的温度梯度和热应力，要抵抗高温、高速气流的冲刷，同时还存在复杂的流场结构与复杂波系。对于高燃温、长时间工作的火箭发动机来说，喷管喉部导流器的烧蚀问题尤为突出，表现为结构尺寸改变，表面粗糙不平，型面不规整等，从而使得喷管效率降低，严重时导致发动机工作失效。目前主要采用耐烧蚀材料和喉部导流器表面喷涂隔热涂层的被动方法，依靠材料自身性能来抵抗烧蚀，但上述解决方案存在结构质量大、工艺复杂、长时间工作性能稳定等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种膨胀偏转喷管主动热防护结构，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现通过喷注二次流在主流燃气与导流器之间形成的二次流剪切层，减少主流与导流器的直接接触，降低主流对导流器的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高导流器的工作寿命，进而提高膨胀偏转喷管工作可靠性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种膨胀偏转喷管主动热防护结构，包括燃烧室，所述燃烧室的一端固接有喷管，所述燃烧室与所述喷管连通，
[0007]所述燃烧室内设置有空心圆柱体，所述空心圆柱体的一端与所述燃烧室固接，所述空心圆柱体另一端固接有导流器，所述空心圆柱体与所述导流器连通，所述导流器位于所述喷管内；
[0008]所述导流器包括连通管和导流端面，所述连通管两端分别与所述空心圆柱体和所述导流端面固接，所述连通管与所述空心圆柱体连通；
[0009]所述连通管上周向开设有喷注孔，所述导流端面和所述喷注孔均位于所述喷管内，且所述连通管通过所述喷注孔与所述喷管连通。
[0010]优选的，所述空心圆柱体包括圆柱体外壁和流通二次流的空心腔体，所述连通管包括连通管外壁和连通腔体，所述空心腔体与所述连通腔体连通，所述喷注孔开设在所述连通管外壁上，所述圆柱体外壁分别与所述连通管外壁和所述燃烧室固接。
[0011]优选的，所述导流端面包括凹台面和凸台面，所述喷注孔的出气端与所述凹台面对应设置。
[0012]优选的，所述喷注孔设置有若干个，若干所述喷注孔均倾斜设置。
[0013]优选的，所述喷注孔的孔径不大于所述连通腔体孔径。
[0014]优选的，所述燃烧室包括燃烧室外壁和燃烧室收敛段外壁，所述燃烧室收敛段外壁端面上固接有若干螺柱，所述燃烧室收敛段外壁通过所述螺柱与所述喷管固接。
[0015]优选的，所述喷管包括依次连接的喷管收敛段外壁、喷管喉部外壁、喷管扩张段外壁，所述喷管收敛段外壁端面上开设有若干安装孔，所述安装孔与所述螺柱对应设置，所述凹台面和所述凸台面均位于所述喷管扩张段外壁内。
[0016]所述凸台面与所述喷管喉部外壁之间形成有用于通过所述二次流和主流燃气的喉道。
[0017]优选的，所述圆柱体外壁与所述连通管外壁为一体成型结构。
[0018]优选的，所述圆柱体外壁、所述连通管外壁、所述凹台面、所述凸台面均采用耐高温材质。
[0019]本专利技术公开了以下技术效果：
[0020]1.本专利技术提供的一种膨胀喷管主动热防护结构，工作时通过喷注孔喷注的二次流在主流燃气与导流器之间形成的二次流剪切层，可减小主流与导流器的直接接触，降低主流对导流器的高温烧蚀、冲击和工质的摩擦，提高导流器的工作寿命，进而提高膨胀偏转喷管工作可靠性；
[0021]2.本专利技术提供的导流器具有特殊的导流端面，有利于提高二次流对导流器的导流端面的防护效果；
[0022]3.本专利技术提供的一种膨胀喷管主动热防护结构，可根据主流燃气温度、成分的不同，主动调节二次流工质的状态，进而有效控制主流对导流器的烧蚀；
[0023]4.本专利技术提供的一种膨胀喷管主动热防护结构，通过改变二次流工质的状态也能够调节发动机推力大小，实现发动机推力可控；
[0024]5.本专利技术提供的导流器、空心圆柱体以及燃烧室之间可采用分体螺纹连接结构，结构简单，便于拆卸、更换，可以提高膨胀偏转喷管的使用维护性。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为膨胀偏转喷管主动热防护结构的结构示意图；
[0027]图2为燃烧室的结构示意图；
[0028]图3为喷管的结构示意图；
[0029]图4为空心圆柱体的结构示意图；
[0030]图5为导流器的结构示意；
[0031]图6为未采取主动热防护模式下的状态图；
[0032]图7为采取主动热防护模式下的状态图；
[0033]图8为图7中A处的局部放大图；
[0034]其中，1
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燃烧室，101
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燃烧室外壁，102
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燃烧室收敛段外壁，103
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螺柱，2
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喷管，201
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喷管收敛段外壁，202
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喷管喉部外壁，203
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喷管扩张段外壁，204
‑
安装孔，3
‑
空心圆柱体，301
‑
圆柱体外壁，302
‑
空心腔体，4
‑
连通管，401
‑
连通管外壁，402
‑
连通腔体，5
‑
导流端面，501
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀偏转喷管主动热防护结构，包括燃烧室(1)，所述燃烧室(1)的一端固接有喷管(2)，所述燃烧室(1)与所述喷管(2)连通，其特征在于，所述燃烧室(1)内设置有空心圆柱体(3)，所述空心圆柱体(3)的一端与所述燃烧室(1)固接，所述空心圆柱体(3)另一端固接有导流器，所述空心圆柱体(3)与所述导流器连通，所述导流器位于所述喷管(2)内；所述导流器包括连通管(4)和导流端面(5)，所述连通管(4)两端分别与所述空心圆柱体(3)和所述导流端面(5)固接，所述连通管(4)与所述空心圆柱体(3)连通；所述连通管(4)上周向开设有喷注孔(6)，所述导流端面(5)和所述喷注孔(6)均位于所述喷管(2)内，且所述连通管(4)通过所述喷注孔(6)与所述喷管(2)连通。2.根据权利要求1所述的膨胀偏转喷管主动热防护结构，其特征在于：所述空心圆柱体(3)包括圆柱体外壁(301)和流通二次流(7)的空心腔体(302)，所述连通管(4)包括连通管外壁(401)和连通腔体(402)，所述空心腔体(302)与所述连通腔体(402)连通，所述喷注孔(6)开设在所述连通管外壁(401)上，所述圆柱体外壁(301)分别与所述连通管外壁(401)和所述燃烧室(1)固接。3.根据权利要求2所述的膨胀偏转喷管主动热防护结构，其特征在于：所述导流端面(5)包括凹台面(501)和凸台面(502)，所述喷注孔(6)的出气端与所述凹台面(501)对应设置。4.根据权利要求1所述的膨胀偏转喷管主动热防护结构，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨正，谢侃，李想，李泓瑾，苗龙，王宁飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：