一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室制造技术

一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，由高温合金筒、螺栓、螺母、CMC筒和套筒构成，高温合金和陶瓷基复合材料燃烧室组合式结构使脉冲爆震发动机燃烧室在高温环境下长期工作，在高温合金筒和CMC筒的法兰连接处设置冷却装置，可以降低法兰连接区域的温度，尽量减小法兰连接的高温间隙，同时在紧固法兰连接的螺栓上添加一个套筒，该套筒具有热膨胀系数大的特点，可以有效抵消螺栓螺母连接因CMC材料热膨胀系数低而导致的高温间隙，防止燃烧室法兰连接结构因高温间隙而松动。该组合式燃烧室结构可以增加脉冲爆震发动机燃烧室的工作耐久性，在航空航天飞行器的各类脉冲爆震发动机上具有很好的应用前景。震发动机上具有很好的应用前景。震发动机上具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室


[0001]本专利技术涉及脉冲爆震发动机，尤其涉及一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室。

技术介绍

[0002]脉冲爆震发动机是一种利用爆震波产生推力的全新发动机，与传统的燃气涡轮发动机工作方式有很大区别，脉冲爆震发动机具有结构简单、尺寸小、适用范围广、成本低、可在零速度下使用、燃烧效率高、高速性能优越等优点。但是脉冲爆震发动机燃烧室所处热环境非常复杂恶劣，尤其是高温环境使得对脉冲爆震发动机燃烧室的耐温性能提出了更高的要求，传统的普通燃烧室已经不能满足脉冲爆震发动机燃烧室的高温载荷，为了满足脉冲爆震发动机燃烧室的高温环境要求，各种主被动冷却系统和复合材料燃烧室结构被提了出来，但是各种结构都面临着一定的结构缺陷和挑战，要么是耐温性不好，要么就烧蚀速率过大导致时间一长就损坏，目前能够满足脉冲爆震发动机燃烧室长时间使用要求的燃烧室结构很少，且能够实现温度要求的脉冲爆震发动机燃烧室的重量会增大且结构复杂。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术中脉冲爆震发动机燃烧室存在的各种不足，本专利技术提供了一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，结构简单，密封性能好，法兰连接可靠，可以有效提高脉冲爆震发动机燃烧室的耐温性能，提高脉冲爆震发动机的效率和耐久性。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，由高温合金筒与CMC筒组成，所述的高温合金筒一端的连接法兰盘一，另一端连接法兰盘二，所述的法兰盘一为组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室的入口端，所述的法兰盘二与CMC筒一端的CMC法兰盘连接，所述的法兰盘二与CMC法兰盘通过螺栓和螺母固定连接，所述的高温合金筒为燃烧室的入口和中间区域，所述的CMC筒为组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室的中间和出口区域。
[0006]为优化上述技术方案，采取的措施还包括：
[0007]所述的法兰盘二与CMC法兰盘上开设有相对应的螺栓孔，所述的螺栓从CMC法兰盘的螺栓孔穿入，从法兰盘二上的螺栓孔处穿出并与螺母旋紧连接，所述的螺母与法兰盘二之间还设置有套筒，所述的套筒套在螺栓的栓柱上。
[0008]所述的套筒两端均设置有套筒法兰盘，所述的套筒的热膨胀系数大于高温合金筒，所述的套筒的长度设置为：脉冲爆震发动机工作时，螺栓的高温膨胀的轴向伸长量等于法兰盘二、CMC法兰盘和套筒的高温膨胀轴向伸长量之和，公式表示如下：
[0009][0010]其中，x为套筒的轴向长度，a0为螺栓的热膨胀系数，x0为螺栓的轴向长度，a1为法
兰盘二的热膨胀系数，x1为法兰盘二的轴向长度，a2为CMC法兰盘的热膨胀系数，x2为CMC法兰盘的轴向长度，a3为套筒的热膨胀系数。
[0011]所述的法兰盘二上延圆周方向开设有冷却槽,所述的冷却槽中设置有冷却管,冷却管具有冷却管入口和冷却管出口，冷却液通过冷却管入口流入冷却管中，经由冷却管出口导出，冷却液在冷却管中流动时对高温合金筒与CMC筒进行冷却。
[0012]所述的冷却液为脉冲爆震发动机的液体燃料或外接冷却水。
[0013]所述的CMC筒由陶瓷基复合材料制作，CMC筒的筒状结构与CMC法兰盘连接的结构突变区域设有倒角，所述的倒角大于等于R5。
[0014]所述的CMC筒的陶瓷基复合材料的编织方式为2.5D或3D的编织方式，编织结构的经向与组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室的轴向相同，纬向与组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室的周向相同，所述的CMC筒的厚度为5mm
‑
10mm。
[0015]所述的法兰盘二与CMC法兰盘之间还设置有石墨垫片，所述的石墨垫片上设置有与法兰盘二与CMC法兰盘相同的螺栓孔。
[0016]所述的高温合金筒的材料为高温合金材料GH3536。
[0017]所述的陶瓷基复合材料具体为C/SiC材料。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]1、本专利技术的冷却液可使用脉冲爆震发动机的液体燃料，如煤油、汽油等，一方面可降低法兰连接区域的温度有助于降低螺栓螺母连接因高温热膨胀不适配造成的间隙过大的，提高法兰的连接强度；另一方面不需要额外的冷却液，减轻脉冲爆震发动机重量。
[0020]2、本专利技术的CMC筒在结构突变区域设计有倒角，使得陶瓷基复合材料的编织结构布置更为合理，因此CMC筒的整体结构强度不会因转角过大而降低，可以有效提高本专利技术的整体结构强度。
[0021]3、本专利技术中利用了石墨垫片具有很高的耐温性，有效提高了高温高金筒与CMC筒的密封连接效果，保证本专利技术的燃烧室可以进行长时间运行。
[0022]4、本专利技术在连接法兰盘的螺栓螺母处设置了套筒，有助力于降低螺栓螺母连接因高温膨胀而导致的间隙，提高螺栓螺母连接的可靠性和稳定性；同时套筒两端均设置了套筒法兰盘，套筒法兰盘不仅增大了套筒两端的接触面积以减少应力集中，同时增大法兰盘连接的密封性。
[0023]5、本专利技术的高温高金筒与CMC筒可以根据脉冲爆震发动机燃烧室的温度高低进行长度占比的调整，以达到更好的效果。
[0024]6、本专利技术选用CMC材料，可以减轻发动机的重量，对提高脉冲爆震发动机各项性能具有很好的有益效果，对于脉冲爆震发动机应用于航空航天各类飞行器上具有极高的应用价值。
附图说明
[0025]图1为本专利技术整体结构示意图；
[0026]图2为法兰盘二与CMC法兰盘连接图；
[0027]图3为高温高金筒结构示意图；
[0028]图4为CMC筒结构示意图；
[0029]图5为C/SiC材料2.5D编织示意图；
[0030]其中：1
‑
高温合金筒、101
‑
法兰盘一、102
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法兰盘二、103
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螺栓孔、104
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冷却槽、105
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冷却管、106
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冷却管入口、107
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冷却管出口、2
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CMC筒、3
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螺栓、4
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螺母、201
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CMC法兰盘、202
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倒角、203
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石墨垫片、5
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套筒。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及实施例对本专利技术做出进一步详细说明：
[0032]请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本专利技术实施例包括：
[0033]一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，包括高温合金筒1、螺栓3、螺母4、CMC筒2、套筒5。法兰盘一101跟燃烧室入口装置连接，法兰盘二102与CMC筒2一端的CMC法兰盘201连接，高温合金筒1和CMC筒2通过法兰连接组成组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，具有很高的耐温温度。
[0034]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，其特征在于，由高温合金筒(1)与CMC筒(2)组成，所述的高温合金筒(1)一端连接法兰盘一(101)，另一端连接法兰盘二(102)，所述的法兰盘一(101)为组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室的入口端，所述的法兰盘二(102)与CMC筒(2)一端的CMC法兰盘(201)连接，所述的法兰盘二(102)与CMC法兰盘(201)通过螺栓(3)和螺母(4)固定连接，所述的高温合金筒(1)为燃烧室的入口和中间区域，所述的CMC筒(2)为组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室的中间和出口区域。2.如权利要求1所述的一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，其特征在于，所述的法兰盘二(102)与CMC法兰盘(201)上开设有相对应的螺栓孔(103)，所述的螺栓(3)从CMC法兰盘(201)的螺栓孔(103)穿入，从法兰盘二(102)上的螺栓孔(103)处穿出并与螺母(4)旋紧连接，所述的螺母(4)与法兰盘二(102)之间还设置有套筒(5)，所述的套筒(5)套在螺栓(3)的栓柱上。3.如权利要求2所述的一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料燃烧室，其特征在于，所述的套筒(5)两端均设置有套筒法兰盘，所述的套筒(5)的热膨胀系数大于高温合金筒(1)，所述的套筒(5)的长度设置为：脉冲爆震发动机工作时，螺栓(3)的高温膨胀的轴向伸长量等于法兰盘二(102)、CMC法兰盘(201)和套筒(5)的高温膨胀轴向伸长量之和，公式表示如下：其中，x为套筒(5)的轴向长度，a0为螺栓(3)的热膨胀系数，x0为螺栓(3)的轴向长度，a1为法兰盘二(102)的热膨胀系数，x1为法兰盘二(102)的轴向长度，a2为CMC法兰盘(201)的热膨胀系数，x2为CMC法兰盘(201)的轴向长度，a3为套筒(5)的热膨胀系数。4.如权利要求3所述的一种组合式脉冲爆震发动机陶瓷基复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：张禄，陈贤清，葛海浪，吴涛，高希光，龚昕，彭畅新，宋迎东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：