專利名稱：固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置的制作方法
固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置，適用于固液火箭發(fā)動機地面熱試車試驗。
背景技術(shù)：
固液火箭發(fā)動機采用液體氧化劑和固體燃料做為推進劑，具有安全性好、經(jīng)濟性好、易關(guān)機和重新啟動、可進行推力調(diào)節(jié)等優(yōu)點。固液火箭發(fā)動機的氧化劑由增壓輸送系統(tǒng)通過噴注器進入燃燒室，與固體燃料進行燃燒，這也決定了其燃燒過程呈現(xiàn)出典型擴散燃燒的特點。由于氧化劑與燃料在燃燒前沒有進行充分混合，未反應(yīng)完全的氧化劑和燃料直接由噴管噴出，使得固液火箭發(fā)動機的燃燒效率較低，而在發(fā)動機中增加擾流裝置是增強氧化劑和燃料摻混和提高發(fā)動機燃燒效率的重要手段。現(xiàn)有的擾流結(jié)構(gòu)多采用在藥柱中加入擾流板的形式德國的Matthias Grosse在文獻AIAA 2009-5113中對在藥柱中加入 單孔和四孔擾流板的固液火箭發(fā)動機進行了試驗研究，結(jié)果表明增加擾流板對提高燃燒效率有積極作用；意大利的Alberto Bettella等人和德國的Matthias Grosse在文獻AIAA2011-6023中對在藥柱中加入單孔擾流板的固液火箭發(fā)動機進行了仿真和試驗研究。國內(nèi)對固液火箭發(fā)動機后燃室擾流試驗的研究工作開展較少，幾乎未見有關(guān)后燃室擾流裝置的文獻報道。在藥柱中加入擾流板的結(jié)構(gòu)需改變藥柱的設(shè)計形式，增加裝藥的難度。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置，用于固液火箭發(fā)動機地面熱試車試驗，提高固液火箭發(fā)動機的燃燒效率。本發(fā)明解決的問題是(1)在無需改變現(xiàn)有裝藥設(shè)計的同時，對發(fā)動機燃氣起到擾流作用；(2)擾流裝置在發(fā)動機工作過程中具有良好的結(jié)構(gòu)強度和熱防護性能；(3)各結(jié)構(gòu)件之間的連接形式能保證良好的氣密性。本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置適用于中心單通道的固液火箭發(fā)動機，但不限于某特定的裝藥藥形。具體，本發(fā)明的固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置包括燃燒室組件、擾流板組件、擾流板后燃室組件、密封連接組件和噴管組件。擾流板組件和擾流板后燃室組件合為一體，通過密封連接組件與燃燒室組件和噴管組件相連。燃燒室組件包括燃燒室殼體、燃燒室絕熱層和發(fā)動機裝藥。密封連接組件包括O型密封圈和螺栓組件。噴管組件包括噴管殼體、噴管絕熱層和噴管喉襯。擾流板后燃室組件包括擾流板后燃室殼體和布置在擾流板后燃室殼體內(nèi)壁面的擾流板后燃室絕熱層。擾流板組件包括擾流板前部絕熱層、擾流板后部絕熱層和擾流板金屬架。擾流板前部絕熱層和擾流板后部絕熱層采用耐高溫粘合劑將擾流金屬架包覆于其中，在擾流板組件上設(shè)置有擾流孔，擾流孔均布于以發(fā)動機軸線為中心的圓上。燃燒室組件、擾流板組件、擾流板后燃室組件和噴管組件通過密封連接組件依次連接，各組件間連接處的配合面采用階梯式折線形的配合方式，且以O(shè)形密封圈進行密封，通過螺栓組件進行緊固。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于(1)擾流裝置位于發(fā)動機后燃室，無需改變發(fā)動機的裝藥設(shè)計；(2)擾流孔均布于以發(fā)動機軸線為中心的圓上，對中心區(qū)的燃氣起到擾流作用；(3)擾流板組件由內(nèi)部的金屬擾流板和外部的絕熱結(jié)構(gòu)組成，以滿足發(fā)動機在工作過程中對擾流裝置的結(jié)構(gòu)強度和熱防護要求；(4)各組件之間采用階梯式折線形配合方式和O型密封圈連接，保證發(fā)動機工作中對氣密性和熱防護的要求；(5)各結(jié)構(gòu)組件之間采用螺栓緊固，可進行更換，拆卸方便。

圖I是本發(fā)明固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示的固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置的A-A剖面向視圖；圖3是擾流板組件和相鄰組件之間連接配合面的局部放大圖。
圖中I-擾流板前部絕熱層；2_擾流板后部絕熱層；3_擾流板金屬架；4_擾流板后燃室殼體；5_擾流板后燃室絕熱層；6-0型密封圈A ；7-0型密封圈B ；8-0型密封圈C ;9_螺栓組件A ; 10-螺栓組件B ; 11-燃燒室殼體；12-燃燒室絕熱層；13_發(fā)動機裝藥；14_噴管殼體；15-噴管絕熱層；16_噴管喉襯。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖I所示，本發(fā)明提供的固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置主要包括如下部件擾流板前部絕熱層I、擾流板后部絕熱層2、擾流板金屬架3、擾流板后燃室殼體4、擾流板后燃室絕熱層5、0型密封圈A6、0型密封圈B7、0型密封圈C8、螺栓組件A9、螺栓組件B10、燃燒室殼體11、燃燒室絕熱層12、發(fā)動機裝藥13、噴管殼體14、噴管絕熱層15、噴管喉襯16。燃燒室殼體11和其內(nèi)部的燃燒室絕熱層12、發(fā)動機裝藥13組成燃燒室組件，燃燒室絕熱層12設(shè)置在燃燒室殼體11的內(nèi)壁面上，發(fā)動機裝藥13位于燃燒室絕熱層12的內(nèi)部，與現(xiàn)有發(fā)動機裝藥結(jié)構(gòu)一致。擾流板前部絕熱層I和擾流板后部絕熱層2采用耐高溫粘合劑將擾流板金屬架3包覆于其中，組成擾流板組件。擾流板后燃室殼體4和緊貼于其內(nèi)壁面的擾流板后燃室絕熱層5組成擾流板后燃室組件。噴管殼體14和其內(nèi)部的噴管絕熱層15、噴管喉襯16組成噴管組件，噴管絕熱層15設(shè)置在噴管殼體14的內(nèi)壁面上，噴管喉襯16位于噴管絕熱層15的內(nèi)部，安裝在噴管喉部處。燃燒室組件、擾流板組件、擾流板后燃室組件和噴管組件通過密封連接組件依次連接，構(gòu)成固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置，各組件連接面處采用階梯式折線形配合方式，并以O(shè)形密封圈進行密封，保證發(fā)動機工作中對氣密性和熱防護的要求。如圖I所示，擾流板組件與燃燒室組件、擾流板后燃室組件之間以O(shè)形密封圈A6和O形密封圈B7進行密封，并通過螺栓組件A9進行緊固，擾流板后燃室組件與噴管組件之間以O(shè)形密封圈CS進行密封，并通過螺栓組件BlO進行緊固。圖3所示為擾流板組件與燃燒室組件和后燃室組件間連接處配合面的局部放大圖，粗實線所示的配合面呈階梯式折線形，這有利于阻止發(fā)動機內(nèi)部高溫氣流向外擴散，增強各組件的熱防護性能；在最外層折線轉(zhuǎn)角處配合以O(shè)形密封圈，保證發(fā)動機的氣密性。各組件之間均采用階梯式折線形配合方式加O形密封圈的形式連接，使其滿足對發(fā)動機工作的氣密性和熱防護要求。各組件之間采用螺栓連接，可進行更換，拆卸方便。
發(fā)動機裝藥13為中心單通道藥形，如管形裝藥或星形裝藥，但不限于這兩種藥形。本發(fā)明的擾流裝置在發(fā)動機后燃室加入，無需改變現(xiàn)有的裝藥設(shè)計，同時起到擾流作用。
擾流板組件在以發(fā)動機軸線為中心的圓上均布有圓形擾流孔，對通過中心區(qū)的燃氣產(chǎn)生擾流作用，擾流孔的中心位置、擾流孔直徑和數(shù)量根據(jù)發(fā)動機的試驗工況選定，如圖2所示為4個擾流孔。擾流板前部絕熱層I和擾流板后部絕熱層2使擾流板金屬架3與發(fā)動機燃氣隔離，保證擾流板組件的結(jié)構(gòu)強度和熱防護性能。
權(quán)利要求
1.一種固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置，包括燃燒室組件、密封連接組件和噴管組件，燃燒室組件包括燃燒室殼體(11 )、燃燒室絕熱層(12)和發(fā)動機裝藥(13)，且發(fā)動機裝藥(13)為中心單通道藥形，密封連接組件包括O型密封圈和螺栓組件，噴管組件包括噴管殼體(14)、噴管絕熱層(15)和噴管喉襯(16);其特征在于該擾流裝置還包括擾流板組件和擾流板后燃室組件；擾流板后燃室組件包括擾流板后燃室殼體(4)和布置在擾流板后燃室殼體(4)內(nèi)壁面的擾流板后燃室絕熱層(5);擾流板組件包括擾流板前部絕熱層(I)、擾流板后部絕熱層(2)和擾流板金屬架(3)，擾流板前部絕熱層(I)和擾流板后 部絕熱層(2)采用耐高溫粘合劑將擾流金屬架(3)包覆于其中，在擾流板組件上設(shè)置的擾流孔均布于以發(fā)動機軸線為中心的圓上；燃燒室組件、擾流板組件、擾流板后燃室組件和噴管組件通過密封連接組件依次連接，組件間連接處的配合面采用階梯式折線形的配合方式，且以O(shè)形密封圈進行密封，通過螺栓組件進行緊固。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固液火箭發(fā)動機后燃室擾流裝置，適用于固液火箭發(fā)動機地面熱試車試驗，應(yīng)用于中心單通道的固液火箭發(fā)動機，但不限于某特定的裝藥藥形。該擾流裝置包括燃燒室組件、擾流板組件、擾流板后燃室組件、密封連接組件和噴管組件。擾流板組件和擾流板后燃室組件合為一體，通過密封連接組件與燃燒室組件和噴管組件相連。擾流板組件由內(nèi)部的金屬擾流板和外部的絕熱結(jié)構(gòu)組成，擾流孔均布于以發(fā)動機軸線為中心的圓上。本發(fā)明的擾流板組件實現(xiàn)了對中心區(qū)燃氣的擾流作用，且滿足發(fā)動機在工作過程中對擾流裝置的結(jié)構(gòu)強度和熱防護要求，各組件之間的連接采用階梯式折線方式和O型密封圈連接，保證發(fā)動機工作中對氣密性和熱防護的要求。
文檔編號F02K9/72GK102943719SQ20121043990
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者田輝, 俞南嘉, 李新田, 曾鵬, 蔡國飆 申請人:北京航空航天大學