一种扩张段出口的耐烧蚀结构制造技术

本发明专利技术提供了一种扩张段出口的耐烧蚀结构，包括钨渗铜结构、碳/碳背壁、隔热件以及扩张段内衬，隔热件外壁台阶面与发动机金属壳体后端的内壁台阶面相配合；碳/碳背壁同轴固连在隔热件台阶孔的大端内，碳/碳背壁的后端与隔热件的内壁台阶面配合；钨渗铜结构同轴固连在隔热件和碳/碳背壁内，外壁的台阶面与碳/碳背壁的台阶面配合；扩张段内衬外壁固连金属外壳，内壁与钨渗铜结构内壁共同构成扩张段出口内壁型面，后端与隔热件以及碳/碳背壁配合；扩张段内衬与钨渗铜结构之间间隙对接。本发明专利技术能够在有限的空间内，在经济的材料应用条件下，解决喷管出口烧蚀、结构固定、隔热和烧蚀维型问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种扩张段出口的耐烧蚀结构


[0001]本专利技术属于固体火箭发动机
，更具体地说，涉及一种固体火箭发动机喷管出口区域与燃气舵匹配的热防护结构。

技术介绍

[0002]燃气舵技术是中小型固体火箭发动机推力矢量控制常用的方式，使飞行器实现大机动飞行。对于飞行器在全工作段均有推力方向调节需求的，燃气舵必须全程保证结构完好，因此其均为耐高温、耐冲刷的不烧蚀舵，由于其良好的耐烧蚀特性，就需要发动机喷管出口热防护结构与燃气舵烧蚀相匹配，防止喷管结构烧穿，尤其对于紧贴出口的扰流片结构(燃气舵的一种)，不仅要求喷管出口耐烧蚀性好，还要求各热防护材料可靠定位，确保材料不会发生位置移动与扰流片接触而引发运动卡滞，更不能因材料吹出造成扰流片损伤。
[0003]早期采用扰流片式推力矢量结构，发动机推进剂性能低，通常多为无铝或少铝推进剂，燃温在3000K以下，氧化气氛少，时间大多小于10s，因此喷管出口无需设置额外的热防护措施，一般碳基模压和布带缠绕材料一体成型固定在喷管壳体内，即可解决烧蚀问题，固定则通常由喷管前端固定，出口不存在固定风险。
[0004]而随着发动机性能的提升，推进剂性能提高，氧化氛围明显增强，燃气温度高达3600K，铝粉含量也通常大于15％，在扰流片工作时，在喷管出口一定范围内形成高温高压的扰流区，滞止温度基本达到燃气的3600K高温，常规热防护材料，甚至碳/碳材料都无法实现抵御烧蚀的能力，因此只能选用用耐烧蚀优异的钨渗铜材料嵌在喷管出口。同时由于发动机结构呆重降低，使喷管出口与扰流片的布局更为紧凑，两者间仅为1mm的间隙，更提升了喷管出口材料固定可靠性要求。
[0005]目前可查询到的固发中较多采用钨渗铜作为耐烧蚀材料，其用途除用于燃气舵外，主要用于喉部结构，其热结构布置从内向外分别为钨渗铜、石墨或C/C背壁、隔热件三层布局(见图1)，其依赖不可碳化的碳碳材料作为钨渗铜材料的支撑，是本结构可借鉴的地方。钨渗铜喉衬采用迎来流方向的“喇叭型”锥面结构，由于喉部结构的空间允许，大、小开口的大落差设计，有效防止了喉衬被气流吹出，而对于喷管出口区域无法设置：
[0006]1)喷管出口相对于喉部结构，厚度通常不及喉部厚度的四分之一，无法布局大落差锥面结构保证钨渗铜材料的可靠固定，易引发钨渗铜位移或飞出；
[0007]2)由于扩张区域属于高流速冲刷区，扩张段出口区域耐烧蚀材料的增加，必然引起与其相接的上游材料的异常烧蚀，形成推力损失。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种扩张段出口的耐烧蚀结构，能够在有限的空间内，在经济的材料应用条件下，解决喷管出口烧蚀、结构固定、隔热和烧蚀维型问题。
[0009]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种扩张段出口的耐烧蚀结构，包
括钨渗铜结构、碳/碳背壁、隔热件以及扩张段内衬。
[0010]所述的隔热件为台阶柱结构，内部开有轴向的台阶孔，朝向发动机后端的外径小于另一端的外径，朝向发动机后端的内径小于另一端的内径，外壁台阶面与发动机金属壳体后端的内壁台阶面相配合，限制隔热件的轴向位移；所述的碳/碳背壁为内部开有轴向台阶孔的柱体结构，同轴固连在隔热件台阶孔的大端内，碳/碳背壁的后端与隔热件的内壁台阶面配合，限制碳/碳背壁的轴向位移；所述的钨渗铜结构为台阶柱结构，内部开有轴向的锥孔，同轴固连在隔热件和碳/碳背壁内，外壁的台阶面与碳/碳背壁的台阶面配合，限制钨渗铜结构的轴向位移；所述的扩张段内衬为内部开有轴向锥孔的柱体结构，外壁固连金属外壳，内壁与钨渗铜结构内壁共同构成扩张段出口内壁型面，后端与隔热件以及碳/碳背壁配合，限制扩张段内衬的轴向位移；扩张段内衬与钨渗铜结构之间间隙对接。
[0011]所述的钨渗铜、碳/碳背壁、隔热件和扩张段内衬均通过粘接方式固定，最终固定在金属壳体内。
[0012]所述的碳/碳背壁采用针刺碳碳材料或穿刺碳碳材料。
[0013]所述碳碳背壁的轴向厚度不小于6mm。
[0014]所述钨渗铜结构覆盖长度为扰流片完全进入喷管出口时引起的速度滞止影响区长度加长不小于5mm。
[0015]所述的钨渗铜结构与碳碳背壁的约束台阶采用3.5mm落差并设置R2圆弧倒角。
[0016]所述的扩张段内衬与钨渗铜结构相接型面处，钨渗铜结构的内径大于扩张段内衬的内径，在迎向来流方向形成顺气流台阶。
[0017]所述的扩张段内衬与钨渗铜结构间采用不小于0.3mm的间隙设置；当工作时间超过40s时，间隙不小于0.5mm。
[0018]所述的扩张段内衬内径比钨渗铜结构的内径小1.2mm。
[0019]所述的扩张段内衬采用碳布/高硅氧布/酚醛复合缠绕材料，内层为碳布/酚醛，外层为高硅氧布/酚醛。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1)钨渗铜1采用与扰流片相同材料，烧蚀率相同，有效规避了对喷管出口的异常烧蚀，解决了扩张段出口烧蚀可靠性难点，达到与扰流片结构烧蚀的合理匹配；
[0022]2)借鉴发动机钨渗铜喉衬结构方案，碳碳背壁约束钨渗铜材料，其高强、无碳化特点对钨渗铜1形成有效支撑；
[0023]3)钨渗铜1、碳/碳背壁2相互约束的90
°
台阶结构，相较于斜锥面固定，定位可靠，结构空间占用小，有利于小壁厚结构喷管出口的结构布局；
[0024]4)截短型碳/碳背壁2、“Z”字型隔热件3，既保证了碳/碳背壁对钨渗铜1的轴向强度，又保证了钨渗铜高热导对高硅氧隔热件3的影响；
[0025]5)上述2)、3)、4)条特点有效解决了钨渗铜1在喷管出口部位的可靠固定问题；
[0026]6)该结构选材能够最大限度发挥材料优势功能，利用钨渗铜1的耐烧蚀、碳/碳背壁2的高强度、低热导、隔热件3的隔热性能，分区组合应用，降低了对材料的要求，节约成本；
[0027]7)扩张段内衬5与钨渗铜1间的大间隙，预留了钨渗铜体积膨胀空间，有效缓解了材料间的挤压，缓解了其后移，合理避免了与1mm装配间隙扰流片间的干涉；
[0028]8)钨渗铜1相较于扩张段内衬5内径的增加，虽初始扩张型面不连续，但有效抑制了常见的烧蚀台阶效应，实现了扩张型面烧蚀后形貌的连续性。
附图说明
[0029]图1是现有技术中钨渗铜喉衬结构示意图；
[0030]图2是本专利技术一种扩张段出口的耐烧蚀结构示意图；
[0031]图中，1
‑
钨渗铜，2
‑
碳/碳背壁，3
‑
隔热件，4
‑
金属壳体，5
‑
扩张段内衬。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。
[0033]如图2所示，本专利技术提供一种扩张段出口的耐烧蚀结构，从内向外包括钨渗铜1、碳/碳背壁2、隔热件3、外壁的金属壳体4以及与钨渗铜1相邻的碳布缠绕扩张段内衬5，各零件均为回转体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扩张段出口的耐烧蚀结构，包括钨渗铜结构、碳/碳背壁、隔热件以及扩张段内衬，其特征在于，所述的隔热件为台阶柱结构，内部开有轴向的台阶孔，朝向发动机后端的外径小于另一端的外径，朝向发动机后端的内径小于另一端的内径，外壁台阶面与发动机金属壳体后端的内壁台阶面相配合，限制隔热件的轴向位移；所述的碳/碳背壁为内部开有轴向台阶孔的柱体结构，同轴固连在隔热件台阶孔的大端内，碳/碳背壁的后端与隔热件的内壁台阶面配合，限制碳/碳背壁的轴向位移；所述的钨渗铜结构为台阶柱结构，内部开有轴向的锥孔，同轴固连在隔热件和碳/碳背壁内，外壁的台阶面与碳/碳背壁的台阶面配合，限制钨渗铜结构的轴向位移；所述的扩张段内衬为内部开有轴向锥孔的柱体结构，外壁固连金属外壳，内壁与钨渗铜结构内壁共同构成扩张段出口内壁型面，后端与隔热件以及碳/碳背壁配合，限制扩张段内衬的轴向位移；扩张段内衬与钨渗铜结构之间间隙对接。2.根据权利要求1所述的扩张段出口的耐烧蚀结构，其特征在于，所述的钨渗铜、碳/碳背壁、隔热件和扩张段内衬均通过粘接方式固定，最终固定在金属壳体内。3.根据权利要求1所述的扩张段出口的耐烧蚀结构，其特征在于，所述的碳/碳背壁采用针刺...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓明，刘建伟，沈琼，王树东，
申请(专利权)人：西安长峰机电研究所，
类型：发明
国别省市：