一种可降低外壁温的喷管扩张段结构的制作方法

本发明属于固体火箭发动机喷管技术领域，具体涉及一种可降低外壁温的喷管扩张段结构。

背景技术：

发动机装配在导弹上时，发动机与尾舱对接，舱内需安装设备，舱内设备靠近喷管扩张段部位，设备工作时对环境有温度要求，为满足环境温度，对喷管扩张段外壁温有明确要求。一般扩张段绝热层是碳布/酚醛缠绕材料、高硅氧/酚醛缠绕材料或碳布/酚醛－高硅氧/酚醛混合缠绕材料，扩张段常用结构，如图1所示。由于喷管扩张段绝热层受空间限制，在有限的空间内，增加喷管扩张段绝热层内外型面厚度，这就要求发动机总体给出足够的空间，必将影响到发动机性能；因此现有喷管在绝热层有限厚度的范围内，很难满足弹总体的温度要求。

因此有必要设计一种新的结构，既能不影响发动机性能，又能解决外壁温要求的问题。这将对固体火箭发动机结构设计产生积极的效果。

本技术人于同日提交了“一种可降低扩张段外壁温的喷管及其设计方法”的专利申请，如图2所示，该喷管结构的扩张段包括扩张段壳体3、扩张段绝热内层1、扩张段绝热外层2和挡环4，该结构在加工的过程中，先缠绕固化扩张段绝热内层1，绝热内层固化完后加工空气层，再粘接挡环4，再在粘接好的绝热内层组件(由绝热内层和挡环组成)进行缠绕加压固化，形成扩张段绝热外层2后，共组成扩张段绝热层组件，扩张段绝热组件与扩张段壳体3采用胶粘接在一起。故扩张段绝热层组件经过一次粘接后，再经过一次缠绕固化形成绝热组件。该结构增加了缠绕的工艺过程，存在二次受热损失的情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种可降低外壁温的喷管扩张段结构，能够实现在不改变扩张段绝热层厚度的情况下满足外壁温的指标要求，降低重量，达到对发动机整体结构布局的优化设计。

实现本发明的技术方案如下：

一种可以降低外壁温的喷管扩张段结构，主要由扩张段绝热层、扩张段壳体、螺钉和卡环组成，所述扩张段绝热层的外锥面上加工有空气槽和卡环槽，所述卡环粘接于卡环槽内用于密封空气槽，形成一定厚度的空气层；所述扩张段壳体通过配合面与扩张段绝热层进行粘接，所述螺钉将扩张段壳体、卡环固定在扩张段绝热层上。

进一步地，本发明所述卡环(8)的一端环绕有凸沿。

有益效果

第一，本发明通过在扩张段绝热层上设计空气层，且利用挡环进行绝热层加固，由于空气低导热性、密度低，能够极大降低热量传导到喷管扩张段外表面，在有效降低喷管扩张段外壁温情况下，避免了为达到扩张段外壁温指标要求增加绝热层厚度导致重量增加而降低发动机性能的问题。

第二，本发明扩张段绝热层只需要进行一次缠绕固化，并未增加常规扩张段结构的缠绕工艺流程，其装配方便、连接方式易于实现。

附图说明

图1为现有常用喷管扩张段结构示意图；

图2为可降低扩张段外壁温的喷管示意图；

1－扩张段绝热内层，2－扩张段绝热外层，3－扩张段壳体，4－挡环；

图3为可降低外壁温的喷管扩张段结构示意图；

5－扩张段绝热层，6－扩张段壳体，7－螺钉，8卡环；

图4为卡环结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

如图3所示，本发明一种可以降低外壁温的喷管扩张段结构，主要由扩张段绝热层5、扩张段壳体6、螺钉7和卡环8组成，卡环8一端环绕有凸沿，所述扩张段绝热层5的外锥面上加工有空气槽和卡环槽，所述卡环粘接于卡环槽内用于密封空气槽，形成一定厚度的空气层；所述卡环8进一步由螺钉7固定在扩张段绝热层5上，所述扩张段壳体6通过配合面与扩张段绝热层5进行粘接。

本发明通过在扩张段绝热层上设计空气层，且利用挡环进行加固，利用空气低导热性、低密度的特性，相比于传统喷管扩张段，在不增加重量的情况，保证外壁面的温度得到降低。

本发明可以降低外壁温的喷管扩张段结构参数设计，具体过程为:

(1)扩张段绝热层厚度d、扩张段壳体厚度d1和扩张段绝热层间的空气层d2的取值按传统结构方法进行取值，跟发动机工作条件有关，通过热结构和强度计算进行取值，这里不再赘述。

(2)螺钉的设计。螺钉md的直径d不要太大，一般选m5～m8，长度l1的取值大于空气层厚度d2和卡环厚度d3的和，一般不小于10mm以上。

(3)卡环的设计。卡环长度l3大于空气层长度l2尺寸8mm以上，但不宜过大。d3取4mm以上，d4取9mm以上，d5不小于d3，如图4所示。

本发明采用卡环粘接加螺钉的连接方式，减少了再次缠绕固化的工艺过程，且使产品界面避免了二次受热的损伤，大大的减少了工艺流程和生产成本，废品率几乎为零，且连接方式易实现，不影响绝热效果。

本发明可以降低外壁温的喷管扩张段结构的加工工艺，具体过程为:

扩张段绝热层5固化成型机加，在扩张段绝热层外锥面加工空气槽和装卡环的卡环槽后，与卡环6(结构见图4)进行粘接，则在粘接面之间形成一定厚度的空气层，扩张段绝热层和卡环粘接后形成扩张段绝热层组件，扩张段绝热层组件与扩张段壳体通过配合面进行配合粘接形成扩张段组件，粘接后保证强度可靠，在扩张段壳体钻孔并拧入螺钉7，螺钉连接了扩张段壳体和扩张段绝热层，螺钉的位置一定要过卡环的位置，连接扩张段壳体6、卡环、螺钉和扩张段绝热层形成了卡环和螺钉的连接结构。

实例：

以某发动机喷管扩张段组件结构为例进行说明，扩张段结构如图3所示。扩张段绝热层厚度d取14mm，扩张段壳体厚度d1取2mm，空气层厚度d3取3mm，长度l2取80mm，卡环厚度d3取5mm，卡环l3取90mm，d4取10mm，d5取5mm。螺钉md取m6，长度l1取12mm。按此种结构进行加工，满足发动机的使用要求，与传统的结构相比，在粘接工艺中节省了约37％的时间，成本也降低了约20％，装配简单易操作，试车试验后扩张段结构完整。

本实施例的上述描述和附图代表了本发明的优选方案，本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离本发明权利要求所界定的范围内进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种可以降低外壁温的喷管扩张段结构，主要由扩张段绝热层、扩张段壳体、螺钉和卡环组成，所述扩张段绝热层的外锥面上加工有空气槽和卡环槽，所述卡环粘接于卡环槽内用于密封空气槽，形成一定厚度的空气层；所述扩张段壳体通过配合面与扩张段绝热层进行粘接，所述螺钉将扩张段壳体、卡环固定在扩张段绝热层上。能够实现在不改变扩张段绝热层厚度的情况下满足外壁温的指标要求，降低重量，达到对发动机整体结构布局的优化设计。

技术研发人员：顾靖伟;赵朝坤;郝艳莉;郑伟;纵春黎;赵利;汪海滨;赵康;刘元敏;韩学群;车宇;史宏斌
受保护的技术使用者：西安航天动力技术研究所
技术研发日：2018.11.30
技术公布日：2019.06.14