一种低流阻增强换热推力室身部制造技术

本发明专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，包括：冷却夹套和高温合金外套；高温合金外套安装在冷却夹套外侧；冷却夹套内侧为燃气域，用于为高温燃气流动提供必要空间；冷却夹套由若干条冷却通道构成；其中，各冷却通道的截面均为连续变化的圆形或近圆形截面，且截面形状与截面积均沿轴向连续变化，减少了通道突扩、突缩，减小了局部流阻损失。本发明专利技术所述的低流阻增强换热推力室身部，通过改进优化冷却通道结构，减小了流阻损失，在不增加推力室身部重量的情况下增大换热面积，提高了换热能力。提高了换热能力。提高了换热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种低流阻增强换热推力室身部


[0001]本专利技术属于液体火箭发动机
，尤其涉及一种低流阻增强换热推力室身部。

技术介绍

[0002]膨胀循环发动机的推进剂流经推力室身部冷却通道进行加温，之后驱动涡轮做工。对于膨胀循环发动机来说，冷却通道的作用除了保证身部内壁面温度不超过材料的许用温度外，还为涡轮做工提供着必要的工质。因此，为最大限度地挖掘膨胀循环发动机的潜力，需尽可能增大推力室的换热能力。同时，从发动机系统的整体要求出发，冷却通道的流阻需尽可能低。高换热能力、低流阻是未来膨胀循环发动机推力室的发展方向。
[0003]传统液体火箭发动机推力室身部燃气侧内型面是光滑的，换热面积即为内型面的表面积。冷却通道多由矩形槽构成，通道截面存在突扩、突缩的部位，通道的结构尺寸(槽宽、槽深、槽底的壁厚等)受限于传统铣槽加工工艺，这些特点限制了换热能力的进一步提高，而且增加了流阻损失。通常情况可以采用增长推力室长度的方式来提高换热能力，但是这会进一步增加通道流阻损失，增大推力室的结构尺寸和重量，从而影响发动机的整体性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种低流阻增强换热推力室身部，通过改进优化冷却通道结构，减小了流阻损失，在不增加推力室身部重量的情况下增大换热面积，提高了换热能力。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，包括：冷却夹套和高温合金外套；
[0006]高温合金外套安装在冷却夹套外侧；冷却夹套内侧为燃气域，用于为高温燃气流动提供必要空间；
[0007]冷却夹套由若干条冷却通道构成；其中，各冷却通道的截面均为连续变化的圆形或近圆形截面，且截面形状与截面积均沿轴向连续变化，减少了通道突扩、突缩，减小了局部流阻损失。
[0008]在上述低流阻增强换热推力室身部中，冷却剂流经冷却通道，带走冷却通道内壁面中的热量，保护冷却通道内壁面温度不超过材料安全使用所允许的温度。
[0009]在上述低流阻增强换热推力室身部中，各冷却通道的两端分别直接延伸到冷却夹套外壁，形成进口孔和出口孔。
[0010]在上述低流阻增强换热推力室身部中，该低流阻增强换热推力室身部按型面变化分为：圆柱段、收敛段和扩张段；其中，圆柱段、收敛段和扩张段光滑过渡一体成型。
[0011]在上述低流阻增强换热推力室身部中，
[0012]在圆柱段，冷却通道的截面形状为圆形，且截面积始终保持不变；
[0013]在收敛段，冷却通道的截面形状由圆形逐渐变为圆角矩形，且截面积逐渐减小；
[0014]在扩张段，冷却通道的截面形状由圆角矩形逐渐变为圆形，且截面积逐渐增大。
[0015]在上述低流阻增强换热推力室身部中，冷却夹套的内型面为：由若干个凸起和若干个圆弧形成的“波浪状”型面；其中，一个冷却通道对应一个凸起，相邻两个凸起之间通过一个圆弧光滑过渡连接。
[0016]在上述低流阻增强换热推力室身部中，凸起为圆弧状凸起，随对应的冷却通道的截面形状和截面积的变化而变化，以保证冷却通道底部的内壁面厚度均匀。
[0017]在上述低流阻增强换热推力室身部中，在低流阻增强换热推力室身部的出口附近，“波浪状”型面与传统的无凸起型面光滑过渡相接，避免内型面出现台阶而导致燃气在台阶附近滞止。
[0018]在上述低流阻增强换热推力室身部中，冷却通道顶部的外壁面为圆柱形壁面。
[0019]在上述低流阻增强换热推力室身部中，冷却夹套采用铜合金材料制备得到，在冷却夹套外增加高温合金外套来增加机械强度。
[0020]本专利技术具有以下优点：
[0021](1)本专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，采用具有圆弧凸起的内壁面以增大换热面积、提高换热能力，冷却通道截面为连续变化的圆形或近圆形，满足冷却需求的同时减小通道流阻损失，具有高换热能力、低流阻等优点。
[0022](2)本专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，采用截面形状与截面积连续变化的冷却通道，避免了通道截面的突扩与突缩，有效减小了局部流阻损失。
[0023](3)本专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，根据圆形或近圆形截面的冷却通道结构，形成内壁圆弧状凸起，构成“波浪形”燃气侧型面，增大换热面积，提高身部换热能力，而不增加推力室重量。
[0024](4)本专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，采用圆形或近圆形截面的冷却通道，承压能力更强，内壁厚度设计得更薄；同时，这种通道避免了矩形截面通道在截面直角区域出现低速涡的现象，一定程度上提高通道内的二次流流速，增强了换热能力。
[0025](5)本专利技术公开了一种低流阻增强换热推力室身部，铜合金全封闭冷却通道内壁与高温合金(或不锈钢)外套相结合，保证换热能力的同时增强机械强度。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例中一种低流阻增强换热推力室身部的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例中一种冷却通道的进口结构示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例中一种冷却通道的出口结构示意图；
[0029]图4是图1沿A
‑
A方向冷却通道的横截面局部结构示意图；
[0030]图5是图1沿B
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B方向冷却通道的横截面局部结构示意图；
[0031]图6是图1沿C
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C方向冷却通道的横截面局部结构示意图；
[0032]图7是图1沿D
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D方向冷却通道的横截面局部结构示意图；
[0033]图8是本专利技术实施例中一种由若干个凸起和若干个圆弧形成的“波浪状”型面的结构示意图；
[0034]图9是本专利技术实施例中一种“波浪状”型面与传统的无凸起型面光滑过渡连接示意
图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式作进一步详细描述。
[0036]本专利技术的核心思想之一在于：公开了一种低流阻增强换热推力室身部，该低流阻增强换热推力室身部的冷却通道的截面为圆形或近圆形。根据冷却需要，设计冷却通道形状与截面积沿轴向连续变化，使得冷却剂的流速连续变化，消除因突扩或突缩而产生的局部流阻损失。每个冷却通道底部的型面设计成圆弧状凸起形式，即冷却通道底部的固体壁面向燃气侧凸起，冷却通道底部的固体壁面保持均匀一致的厚度，两个冷却通道之间的型面由圆弧光滑过渡连接，形成的“波浪状”型面，以增大换热面积，提高换热能力。在推力室身部出口附近，“波浪状”型面与传统的无凸起型面光滑过渡相接，避免内型面出现台阶而导致燃气在台阶附近滞止。冷却夹套整体采用导热能力强的铜合金材料，冷却通道顶部的外壁面设计为圆柱形壁面，在冷却夹套外增加高温合金或不锈钢外套来增加机械强度。此外，近圆形截面的冷却通道的承压能力更好，因此设计的冷却通道内壁厚度小于传统身部结构的内壁厚度，进一步提高了换热能力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低流阻增强换热推力室身部，其特征在于，包括：冷却夹套(1)和高温合金外套(2)；高温合金外套(2)安装在冷却夹套(1)外侧；冷却夹套(1)内侧为燃气域(3)，用于为高温燃气流动提供必要空间；冷却夹套(1)由若干条冷却通道(4)构成；其中，各冷却通道(4)的截面均为连续变化的圆形或近圆形截面，且截面形状与截面积均沿轴向连续变化，减少了通道突扩、突缩，减小了局部流阻损失。2.根据权利要求1所述的低流阻增强换热推力室身部，其特征在于，冷却剂流经冷却通道(4)，带走冷却通道内壁面(5)中的热量，保护冷却通道内壁面(5)温度不超过材料安全使用所允许的温度。3.根据权利要求1所述的低流阻增强换热推力室身部，其特征在于，各冷却通道(4)的两端分别直接延伸到冷却夹套(1)外壁，形成进口孔(6)和出口孔(7)。4.根据权利要求1所述的低流阻增强换热推力室身部，其特征在于，该低流阻增强换热推力室身部按型面变化分为：圆柱段、收敛段和扩张段；其中，圆柱段、收敛段和扩张段光滑过渡一体成型。5.根据权利要求4所述的低流阻增强换热推力室身部，其特征在于，在圆柱段，冷却通道(4)的截面形状为圆形，且截面积始终保持不变；在收敛段，冷却通道(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁煜朔，谢恒，王娟，王天泰，聂嵩，吴有亮，刘潇，李泳江，赵世红，牛旭东，颜勇，陈旭扬，褚宝鑫，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：