液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构的制作方法

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日2020年3月13日、申请号为2020101779456、发明名称为“液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构”的发明专利申请案。

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，具体涉及一种液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构。

背景技术：

液体火箭发动机的推力室由喷注器、燃烧室和喷管组成，是发动机中完成推进剂能量转化和产生推力的组件。再生冷却是一种常见液体火箭发动机身部外冷却方式，即推力室身部采用夹层结构，冷却介质一般采用一种推进剂介质，介质流经再生冷却夹层，通过对流换热带走燃烧室室壁大量的热量，达到冷却推力室的目的，流出冷却通道后再经头部喷注器喷入燃烧室，换热能量重新回到燃烧室内得到回收再生。

目前，冷却结构均采用双层壁或管束式通道结构，多采用焊接方式实现，冷却通道繁复众多，且进出口供应结构难以集成设计，结构复杂，焊缝数量多，焊接工艺复杂、难度大，且加工周期长、成本高。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的推力室冷却结构的结构复杂的缺陷，从而提供一种液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，包括：

推力室本体，其外壁由内层和外层构成夹层结构，所述推力室本体的前端设有分别与所述夹层结构连通的冷却剂入口和冷却剂出口；

所述夹层结构内由若干轴向肋条分割成多条冷却通道，所述冷却通道包括流入通道和流出通道，所述流入通道与所述冷却剂入口连通，所述流出通道与所述冷却剂出口连通；

所述轴向肋条与所述夹层结构的后端存有间隙，所述间隙使所述流入通道和流出通道在所述夹层结构的后端连通，形成环形的夹层集液腔。

作为优选方案，所述流入通道和/或所述流出通道内间隔设有多个点阵凸起。

作为优选方案，所述流入通道和所述流出通道在所述夹层结构内依次相邻布置。

作为优选方案，还包括：进口集液腔，位于所述推力室本体的前端，环绕所述推力室本体的外壁设置；所述进口集液腔的一端与所述冷却剂入口相连通，另一端与所述流入通道相连通。

作为优选方案，所述进口集液腔与所述流出通道之间通过第一阻挡板封闭。

作为优选方案，还包括：

出口集液腔，位于所述推力室本体的前端，环绕所述推力室本体的外壁设置；所述出口集液腔的一端与所述冷却剂出口相连通，另一端与所述流出通道相连通。

作为优选方案，所述出口集液腔与所述流入通道之间通过第二阻挡板封闭。

作为优选方案，还包括：

法兰，设置在所述推力室本体的前端，所述冷却剂入口和所述冷却剂出口设置在所述法兰的端面上。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，推力室本体外壁的夹层结构内由若干轴向肋条分割成多条流入通道和流出通道，所述流入通道与推力室本体前端的冷却剂入口连通，所述流出通道与推力室本体前端的冷却剂出口连通，同一个夹层能够实现对推力室本体的双向流动换热；所述流入通道和流出通道在所述夹层结构的后端连通，在通道内实现了汇集变向；避免了冷却进液供应结构的额外结构，使结构大幅简化。

2.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，所述流入通道和/或所述流出通道内间隔设有多个点阵凸起，能够增大单向流通面积，有效提升换热能力。

3.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，流入通道和流出通道在夹层结构内依次相邻布置，能够使推力室本体均匀冷却。

4.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，进口集液腔位于所述推力室本体的前端，环绕所述推力室本体的外壁设置，一端与所述冷却剂入口相连通，另一端与所述流入通道相连通；所述进口集液腔能够将所述冷却剂入口集成在一起，简化了推力室的整体结构。

5.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，进口集液腔与所述流出通道之间通过第一阻挡板封闭，便于将所述流出通道与流入通道分隔开。

6.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，出口集液腔位于所述推力室本体的前端，环绕所述推力室本体的外壁设置，一端与所述冷却剂出口相连通，另一端与所述流出通道相连通；所述出口集液腔能够将所述冷却剂出口集成在一起，简化了推力室的整体结构。

7.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，出口集液腔与所述流入通道之间通过第二阻挡板封闭，便于将所述流入通道与流出通道分隔开。

8.本发明提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构，法兰设置在所述推力室本体的前端，冷却剂入口和冷却剂出口设置在所述法兰的端面上；法兰的设置便于推力室与液体火箭发动机的其他部件连接，将冷却剂入口和冷却剂出口集成在法兰上，使推力室的整体结构紧凑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中提供的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室的立体结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图2的a-a方向的剖视图。

图4为图3中b区域的立体结构放大图。

图5为推力室本体外壁的内层结构示意图。

附图标记说明：

1、推力室本体；2、法兰；3、容纳腔；4、外壁；5、点阵凸起；6、通孔；7、冷却剂入口；8、冷却剂出口；9、安装孔；10、轴向肋条；11、流入通道；12、流出通道；13、夹层集液腔；14、第一集液板；15、第二集液板；16、出口集液腔；17、进口集液腔；18、第一阻挡板；19、第二阻挡板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本实施例中的液体火箭发动机用往复式再生冷却集成推力室身部结构可方便采用增材制造技术制作而成。

如图2、图3所示，推力室包括推力室本体1和法兰2；所述推力室本体1中间具有通入液体火箭发动机燃料的容纳腔3，所述推力室本体1的外壁4具有内部两层，所述外壁4的内层和外层构成环形的夹层结构；所述法兰2集成在所述推力室本体1的前端，所述法兰2中间处设置的通孔6与所述推力室本体1的容纳腔3相连通，所述通孔6两侧分别设有冷却剂入口7和冷却剂出口8，所述通孔6周围对称地设有四个安装孔9，所述安装孔9适于与液体火箭发动机的其他部件相连接。

如图3、图4、图5所示，沿所述夹层结构的周向设置有多条轴向肋条10，所述轴向肋条10底端与所述外壁4的内层连接，所述轴向肋条10的顶端与所述外壁4的外层连接，将所述夹层结构分割形成多条等宽度的冷却通道，所述冷却通道包括流入通道11和流出通道12，所述流入通道11和流出通道12依次相邻设置；所述轴向肋条10与所述夹层结构的后端存有间隙，所述间隙使所述流入通道11和流出通道12在所述夹层结构的后端连通，形成环形的夹层集液腔13。所述推力室本体1与所述法兰2之间设有第一集液板14和第二集液板，所述第一集液板14和第二集液板15均为环形锥板，所述第二集液板15的横截面大于所述第一集液板14的横截面；所述第一集液板14套设于所述推力室本体1外壁4上，一端与所述法兰2连接，另一端与所述推力室本体1外壁4的外层连接，所述第一集液板14、法兰2与推力室本体1共同构成环形出口集液腔16；所述出口集液腔16的一端与所述冷却剂出口8相连通，另一端与所述流出通道12相连通，所述出口集液腔16与所述流入通道11之间设有第二阻挡板19。所述第二集液板15套设于所述推力室本体1外壁4上，一端与所述法兰2连接，另一端与所述推力室本体1外壁4的外层连接，所述第二集液板、法兰2与第一集液板14共同构成环形的进口集液腔17；所述进口集液腔17的一端与所述冷却剂入口7相连通，另一端与所述流入通道11相连通，所述进口集液腔17与所述流出通道12之间设有第一阻挡板18。上述的结构，使冷却剂从所述冷却剂入口7进入，流经所述流入通道11进入夹层集液腔13，再由夹层集液腔13进入流出通道12，最后从所述冷却剂出口8流出进入所述推力室本体1的容纳腔3，实现再生冷却过程。

如图5所示，所述流出通道12与所述流入通道11内间隔地设置有多个点阵凸起5所述点阵凸起5能够增大单向流通面积，有效提升换热能力。

工作过程及原理：

首先，冷却剂由冷却剂入口7流入进口集液腔17，分散至夹层结构的多条流入通道11内，沿图4中流入通道11的箭头方向流动，并对流换热带走推力室外壁的热量达到降温作用；同时经过所述流入通道11内的多个点阵凸起5，使冷却剂束流不断分流及合并，与推力室的高温外壁形成充分的强制对流换热；接着，流入通道11的冷却剂汇集到夹层结构后端的夹层集液腔13内，冷却剂经夹层集液腔13分散至多条流出通道12内，沿图4中流出通道12的箭头方向流动继续对推力室外壁结构进行冷却换热，最终进入出口集液腔16，再由冷却剂出口8流出；最后，冷却剂经由阀门、喷注器等结构进入推力室容纳腔3燃烧，换热能量回收再生，继续贡献于发动机推力性能，如此循环工作。一方面利用冷却剂换热降低推力室外壁温度，提高产品可靠性；另一方面换热能量随冷却介质继续进入推力室本体再生利用，提升产品性能，能量利用率高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。