一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管及其制造方法，属于火箭喷气推进装置技术领域，包括喷管外壁、喷管内壁和防变形结构，其中，喷管内壁的外型面设置有内壁凸起，喷管外壁的内型面向外凹陷以形成外壁凹槽，以使得喷管内壁卡接于喷管外壁；防变形结构包括设置于喷管内壁的受力部和设置于喷管外壁的配合部；喷管外壁和喷管内壁之间设置有冷却介质槽道，受力部和配合面相配合，防止喷管内壁在冷却介质的压力下发生向内的变形。本发明专利技术可使喷管内壁保持原材料的锻造或旋压变形的强化状态，省去扩散连接或钎焊的高温过程，大大缩短了风洞喷管的制造周期，降低制造成本，采用螺纹连接结构+密封圈的连接方式，实现喷管内壁的可更换性。内壁的可更换性。内壁的可更换性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及火箭喷气推进装置
，特别涉及一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管及其制造方法。

技术介绍

[0002]高超声速风洞是进行高超声速飞行器空气动力外形性能实验的关键设备，而喷管型线决定了实验区域流场的品质，是整个风洞系统中最关键的部件之一。传统风洞喷管通常由铜内壁与钢外壁组成，铜内壁与钢外壁通常采用钎焊或扩散连接方案进行连接。风洞喷管使用的铜合金通常不可通过热处理进行强化，因此在经过扩散连接或钎焊过程后，内壁铜合金均为软态，屈服强度和抗拉强度相比原材料的变形强化状态大大降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管，该具有卡槽结构的高超声速风洞喷管采用卡接的方式，使得所述喷管内壁可保持原材料的锻造或旋压变形后的强化状态，提高所述喷管内壁的受力能力和使用寿命，省去扩散连接或钎焊的高温过程，大大缩短了所述风洞喷管的制造周期，降低制造成本。
[0004]本专利技术的目的还在于提供一种高超声速风洞喷管的制造方法。
[0005]为实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供了一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管。所述具有卡槽结构的高超声速风洞喷管包括：喷管外壁；喷管内壁，套设于所述喷管外壁的内部，其中，所述喷管内壁的外型面设置有内壁凸起，所述喷管外壁的内型面向外凹陷以形成对应于所述内壁凸起的外壁凹槽，以使得所述喷管内壁卡接于所述喷管外壁；防变形结构，包括受力部和配合部，其中，所述受力部设置于所述喷管内壁，所述配合部设置于所述喷管外壁；其中，所述喷管外壁和所述喷管内壁之间设置有冷却介质槽道，所述受力部和所述配合部相配合，用于防止所述喷管内壁在所述冷却介质的压力下发生向内的变形。
[0006]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述内壁凸起开设有内壁凹槽，所述外壁凹槽的槽底设置有对应于所述内壁凹槽的外壁凸起，所述外壁凸起插入所述内壁凹槽，以使得所述喷管内壁卡接于所述喷管外壁；所述受力部，包括多个受力面，其中，所述受力面设置于所述内壁凹槽，且接触于所述外壁凸起的所述内壁凹槽的槽壁为所述受力面；所述配合部，包括多个配合面，其中，所述配合面为弧形，设置于所述外壁凸起，且所述外壁凸起和所述内壁凹槽接触的面为所述配合面，所述配合面为弧形，以便于所述内壁凹槽和所述外壁凸起装配；
垂直于所述喷管内壁轴线的面与所述喷管外壁的外型面相交形成圆形平面，多个所述受力面沿所述圆形平面的圆周均匀分布，多个所述配合面沿所述圆形平面的圆周均匀分布，所述受力面和所述配合面一一对应，以对所述喷管内壁产生周向的预应力。
[0007]根据本专利技术的一实施方式，其中，当所述内壁凹槽与所述外壁凸起刚接触时，所述内壁凹槽与所述外壁凸起的接触形成多个第一接触点，多个所述第一接触点形成垂直于所述喷管外壁的轴线的第一圆，所述第一圆的半径为R0，所述内壁凹槽与所述外壁凸起的轴向间隙为T
z0
，所述内壁凹槽的非配合面与所述外壁凸起的非配合面之间的间隙为T
n0
，所述受力面与所述配合面的配合长度为L0；当所述内壁凹槽与所述外壁凸起卡接完成后，所述内壁凹槽的槽口与所述外壁凸起的接触形成多个第二接触点，多个所述第二接触点形成垂直于所述喷管外壁的轴线的第二圆，所述第二圆的半径为R1，所述内壁凹槽与所述外壁凸起的轴向间隙为T
z1
，所述内壁凹槽的非配合面与所述外壁凸起的非配合面之间的间隙为T
n1
，所述受力面与所述配合面的配合长度为L1；其中，0.2 mm≤T
z1
<T
z0
≤0.6mm，0.1 mm≤T
n1
<T
n0
≤0.25mm，所述配合面的斜度为α，5
°
≤a≤20
°
，所述喷管内壁（2）产生周向的预应力为σ，σ=（L1‑
L0）
×
E
×
Tanα/R0；公式中：E为所述喷管内壁的材料的弹性模量。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述内壁凸起为多个，多个所述内壁凸起沿所述喷管内壁的母线延长方向排列，以形成内壁凸起列；其中，所述内壁凸起列至少两个，相邻两个所述内壁凸起列沿所述喷管内壁的外型面圆周方向均匀分布。
[0009]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述内壁凸起为多个，多个所述内壁凸起沿所述圆形平面的外周均匀分布，以形成凸起环形阵列；其中，所述凸起环形阵列为多个，相邻所述凸起环形阵列上下平行。
[0010]根据本专利技术的一实施方式，其中，沿所述喷管内壁的母线方向开设有多个用于容纳所述冷却介质的冷却槽，多个所述冷却槽沿所述喷管内壁的周向均匀分布。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述喷管内壁的输入端开设有第一内壁L型槽，所述喷管外壁的输入端开设有对应于所述第一内壁L型槽的第一外壁L型槽，所述喷管内壁的输出端设置有第二内壁L型槽，所述喷管外壁的输出端开设有对应于所述第二内壁L型槽的第二外壁L型槽；其中，所述第一内壁L型槽插入所述第一外壁L型槽，所述第二内壁L型槽插入所述第二外壁L型槽，所述第一内壁L型槽和所述第一外壁L型槽之间、所述第二内壁L型槽和所述第二外壁L型槽之间均设置有密封圈，以确保所述喷管外壁和所述喷管内壁之间的密封性。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述第一内壁L型槽和所述第一外壁L型槽之间、所述第二内壁L型槽和所述第二外壁L型槽之间均通过螺栓连接。
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供了一种高超声速风洞喷管的制造方法。所述高超声速风洞喷管的制造方法包括：加工喷管外壁的内型面，以形成外壁凹槽；
加工喷管内壁的外型面，以形成内壁凸起；在所述喷管内壁的外表面沿纵向方向，开设多个冷却槽；对所述喷管内壁的表面和所述喷管外壁的表面进行清理；将所述喷管内壁和所述喷管外壁进行装配，以形成高超声速风洞喷管。
[0014]根据本专利技术的一实施方式，其中，还包括：加工所述喷管内壁的端面，以形成第一内壁L型槽和第二内壁L型槽，加工所述喷管外壁的端面，以形成第一外壁L型槽和第二外壁L型槽，并在所述第一内壁L型槽和所述第一外壁L型槽之间、所述第二内壁L型槽和所述第二外壁L型槽之间均设置有密封圈，对高超声速风洞喷管的端面进行螺纹连接；其中，所述喷管外壁的端面和所述喷管内壁的端面均留有1mm~2mm的余量，在所述高超声速风洞喷管的端面进行螺纹连接后，去掉喷管外壁的端面和喷管内壁的端面的余量；对装配后的所述高超声速风洞喷管进行性能测试。
[0015]本专利技术中的一个实施例具有如下优点或有益效果：本专利技术的具有卡槽结构的高超声速风洞喷管，所述喷管外壁和所述喷管内壁之间采用卡接的方式，使得所述喷管内壁可保持原材料的锻造或旋压变形后的强化状态，提高所述喷管内壁受力能力和使用寿命省去扩散连接或钎焊的高温过程，大大缩短了所述风洞喷管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有卡槽结构的高超声速风洞喷管，其特征在于，包括：喷管外壁（1）；喷管内壁（2），套设于所述喷管外壁（1）的内部，其中，所述喷管内壁（2）的外型面设置有内壁凸起（21），所述喷管外壁（1）的内型面向外凹陷以形成对应于所述内壁凸起（21）的外壁凹槽（11），以使得所述喷管内壁（2）卡接于所述喷管外壁（1）；防变形结构，包括受力部和配合部，其中，所述受力部设置于所述喷管内壁（2），所述配合部设置于所述喷管外壁（1）；其中，所述喷管外壁（1）和所述喷管内壁（2）之间设置有冷却介质槽道，所述受力部和所述配合部相配合，用于防止所述喷管内壁（2）在冷却介质的压力下发生向内的变形。2.根据权利要求1所述的具有卡槽结构的高超声速风洞喷管，其特征在于，所述内壁凸起（21）开设有内壁凹槽（22），所述外壁凹槽（11）的槽底设置有对应于所述内壁凹槽（22）的外壁凸起（12），所述外壁凸起（12）插入所述内壁凹槽（22），以使得所述喷管内壁（2）卡接于所述喷管外壁（1）；所述受力部，包括多个受力面（3），其中，所述受力面（3）设置于所述内壁凹槽（22），且接触于所述外壁凸起（12）的所述内壁凹槽（22）的槽壁为所述受力面（3）；所述配合部，包括多个配合面（4），其中，所述配合面（4）为弧形，设置于所述外壁凸起（12），且所述外壁凸起（12）和所述内壁凹槽（22）接触的面为所述配合面（4），所述配合面（4）为弧形，以便于所述内壁凹槽（22）和所述外壁凸起（12）装配；垂直于所述喷管内壁（2）轴线的面与所述喷管外壁（1）的外型面相交形成圆形平面，多个所述受力面（3）沿所述圆形平面的圆周均匀分布，多个所述配合面（4）沿所述圆形平面的圆周均匀分布，所述受力面（3）和所述配合面（4）一一对应，以对所述喷管内壁（2）产生周向的预应力。3.根据权利要求2所述的具有卡槽结构的高超声速风洞喷管，其特征在于，当所述内壁凹槽（22）与所述外壁凸起（12）刚接触时，所述内壁凹槽（22）与所述外壁凸起（12）的接触形成多个第一接触点，多个所述第一接触点形成垂直于所述喷管外壁（1）的轴线的第一圆，所述第一圆的半径为R0，所述内壁凹槽（22）与所述外壁凸起（12）的轴向间隙为T
z0
，所述内壁凹槽（22）的非配合面与所述外壁凸起（12）的非配合面之间的间隙为T
n0
，所述受力面（3）与所述配合面（4）的配合长度为L0；当所述内壁凹槽（22）与所述外壁凸起（12）卡接完成后，所述内壁凹槽（22）的槽口与所述外壁凸起（12）的接触形成多个第二接触点，多个所述第二接触点形成垂直于所述喷管外壁（1）的轴线的第二圆，所述第二圆的半径为R1，所述内壁凹槽（22）与所述外壁凸起（12）的轴向间隙为T
z1
，所述内壁凹槽（22）的非配合面与所述外壁凸起（12）的非配合面之间的间隙为T
n1
，所述受力面（3）与所述配合面（4）的配合长度为L1；其中，0.2 mm≤T
z1
<T
z0
≤0.6 mm，0.1 mm≤T
n1
<T
n0
≤0.25 mm，所述配合面（4）的斜度为α，5
°
≤a≤20
°
，所述喷管内壁（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，吴维贵，
申请(专利权)人：北京智创联合科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：