用于火箭发动机的在喷嘴的固定部与移动部之间设置有密封装置的燃烧气体排放喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于喷射火箭发动机的燃烧气体的喷嘴，该喷嘴在喷嘴的固定部与移动部之间设置有密封装置。本发明特别地可应用于航天器比如特别地航天飞机的火箭发动机。移动部更特别地以喷嘴的可定向的挡板的形式制造。根据本发明的一种实施方式的这种装置与喷嘴分流式冷却装置结合。
【背景技术】
[0002]本发明和本发明的改进基于在文献EP 2 222 565 A1中描述的具有可定向挡板的
目.ο
[0003]在涡轮发动机上的已知的适应性喷嘴不在火箭发动机上使用，这是因为明显地在火箭发动机的航天应用的情况下，由于外部环境处于比热气体压力更低的压力下，如果连接件是非流体密封的，那么热气体将流动通过该连接件流动至喷嘴的外部。这种流动将产生扰动力，从而通过减小喷射的轴向流速而降低性能，并且可以潜在地通过热通量或火而损害对喷嘴的移动部的瓣状部或挡板以及/或运载器的后部结构件进行致动的机构。因此，无疑地可以处理的一个基本方面是在喷嘴的移动部与固定部之间的连接件处相对于喷嘴内侧扩散的热气体形成密封。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出针对需要在定位有喷嘴的移动部处的部段处进行密封的解决方案，并且为了实现该目的，本发明提出了用于喷射来自火箭发动机的燃烧气体的喷嘴，该喷嘴包括固定部和将固定部延伸的移动部，所述移动部以挡板的形式制造、定位在固定部的下游并且形成喷嘴的延伸部，喷嘴包括在固定部与移动部之间提供密封的呈挠性膜的燃烧形式的密封装置，该挠性膜耐受在喷嘴出口处的温度并且将固定部的端部连接至形成移动部的挡板或瓣状部的边界，挠性膜形成环形管，所述装置设置有用于将气体注入在介于固定部与延伸了所述喷嘴的移动部之间的挠性膜处的器件。
[0005]该实施方式具有特别的优点，首先允许产生移动挡板，而同时避免喷嘴的固定部与移动部之间的喷射损失，并且其次限制了挡板与密封膜经受的温度。
[0006]在这种情况下，环形管优选地构造成将气体分配在喷嘴的固定部的出口部段的周边上。
[0007]环形管有利地定位成与移动部的铰接部一致。
[0008]挠性膜为能够持续经受至少1000摄氏度的温度的硅基织物。
[0009]根据一种特别的实施方式，隔离件包括介于两个织物之间的陶瓷绝缘体，所述两个织物中的一个织物包括在热表面上的由铝硼硅酸盐耐火陶瓷纤维制成的织物，以及另一个织物为在冷表面上的芳纶纤维类型非比如聚对苯二甲酰对苯二胺，所述另一织物用于给予广品的机械完整性。
[0010]本发明还涉及包括如上文限定的喷嘴的火箭发动机，该喷嘴具有固定部、移动部以及密封装置，其中，挡板围绕火箭马达喷嘴的排出部段设置并作为固定部的延伸部。
[0011]挠性膜有利地形成用于在喷嘴的固定部与延伸所述喷嘴的移动部之间喷射火箭发动机的涡轮栗的涡轮机的排放气体的环形管，排放气体的压力被调节为高于离开喷嘴的固定部的气体的压力。
[0012]根据一种特别的实施方式，挡板被铰接在运载器的框架上。
[0013]框架有利地形成后部机身的安装火箭发动机的部分。
[0014]挡板优选地能够移动并且能够允许移动部:
[0015]采用封闭式锥形形状(A)，以提供在大气层飞行期间在火箭发动机没有点火的情况下使运载器的基部的拖曳最小的空气动力学外部形状；
[0016]在火箭发动机的点火的时刻采用筒形形状(B);
[0017]在火箭发动机扩散部的排出部段的延伸部和连续部中采用锥形扩散形状(C)，以促使火箭发动机喷嘴的扩张。
[0018]在火箭推进飞行期间，锥形部的开度能够根据海拔升高变化。
[0019]飞行器有利地包括用于使挡板枢转的机构，该机构能够允许所述挡板的差异性的打开或关闭(differential openings or closings)，所述挡板的差异性的打开或关闭使火箭发动机的喷嘴偏转并且因此产生允许运载器绕俯仰轴和偏航轴线转向的侧向推力分量。
[0020]挡板优选地设置成两排，其中，相邻的挡板的内表面/外表面彼此搭叠，并且挡板适于在保持使喷射的燃烧气体的泄漏最小的搭叠的同时允许喷嘴的排出部段变化。
【附图说明】
[0021]通过参照附图阅读本发明的一个非限制的示例性实施方式的下列描述，本发明的另外的特征和优点将变得明显，在附图中:
[0022]图1为根据本发明的第一实施方式的喷嘴的截面的示意图；
[0023]图2为根据本发明的第二实施方式的喷嘴的截面的示意图；
[0024]图3为本发明的挡板的特定的布置的后视图；
[0025]图4为配备有火箭发动机的飞行器的后部的截面的示意图，其中，火箭发动机配备有根据本发明的挡板，喷嘴处于打开位置；
[0026]图5为图4的飞行器的后部，其中，挡板部分地关闭火箭发动机的喷嘴；
[0027]图6为图4的飞行器的后部，其中，挡板完全地关闭火箭发动机的喷嘴。
【具体实施方式】
[0028]本发明首先最主要涉及围绕火箭发动机的喷嘴的排出部段以瓣状部形式设置的挡板的系统，并且该瓣状部的系统安装在运载器的属于其中安装火箭发动机的后部机身的框架上。
[0029]在本发明中，挡板和扩散部根据其必须经受的温度和机械载荷以传统方式设计。挡板和扩散部可以由金属或陶瓷材料制成，可以是耐热的或例如通过冷推进剂的内部循环而被冷却。
[0030]本发明特别地应用于利用气体发生器循环操作的火箭发动机。
[0031]在实例中，使火箭发动机喷嘴的移动挡板或瓣状部铰接的系统基于涉及铰接件、电动机械式致动器以及允许挡板倾斜的连杆的设置，以在喷嘴的移动部中使喷嘴关闭或打开。
[0032]图1以截面的方式描绘由操作装置铰接的挡板2中的一个挡板，这里该操作装置以连杆7、9、杠杆和摇臂6、8的形式制成，连杆7、9以及杠杆和摇臂6、8传递来自例如致动缸110的命令，以用于使挡板定向。挡板连接至框架100，在框架100上形成有枢转点102、103以允许挡板的旋转运动并且协调操作装置的各元件。
[0033]由致动缸110启动的装置连接至飞行器的控制部或连接至导航计算机，该导航计算机根据飞行阶段控制致动缸。
[0034]该装置设计成独立地移动各个挡板或整体地控制挡板。
[0035]挡板2定位在火箭发动机喷嘴的固定部1的延伸部中。
[0036]移动挡板的形状和其动力学特征确定为使得获得相邻的移动元件的内部表面/外部表面的搭叠，以在使喷射的燃烧气体的泄漏最小的同时允许喷嘴的排出部段的变型。根据图3，出于这种原因，挡板定位成两排，其中，第一排挡板2b的侧向端部被第二排的挡板2a部分地搭叠。与挡板的表面区域相比，搭叠的程度被确定为使得挡板之间的间隙之间的在这些挡板的以类似虹膜的系统的方式在整个运动范围上的泄漏尽可能地最小或甚至完全地消除，这些挡板同时保持挡板的数量相对控制的复杂度和所承载的控制装置的质量而目是合理的。
[0037]回到图1，在喷嘴的固定部1与移动部2之间定位有密封装置。这些密封装置以挠性膜4的形式制造，该挠性膜4呈环形管的形式并将固定部1的远端la与实施为移动部的挡板2、2a、2b的邻近于该端部的边缘21连接。
[0038]该挠性膜绕固定部与移动部之间的连结部的周边延伸、松配合至这些部件，并且该挠性膜由于其弯曲的或波纹状形状而适应于挡板的运动。
[0039]该挠性膜是挠性隔热类型的且使用陶瓷类产品制造，一些陶瓷类产品能够持续地经受超过1000摄氏度或甚至1300摄氏度的温度，隔热件包括例如位于两个织物之间的陶瓷绝缘体，两个织物中的一个织物比如包括铝硼硅酸盐耐火陶瓷纤维织物的材料(已知的3M公司商标NeXtel440)，该织物在热表面上涂覆有有机精整层，以及织物中的另一个织物为在冷表面上的芳纶纤维类型比如已知的为商标Kevlar的聚对苯二甲酰对苯二胺，所述另一个织物用于给予产品的机械完整性。
[0040]膜使用已知的技术例如机械地固定至扩散部并且固定至挡板，特别地考虑温度是相对低的，介于600摄氏度与最高1000摄氏度之间。
[0041]例如将利用在挠性膜的边界处的槽类型固定孔和位于扩散部的冷表面上的栓钉进行固定，这些栓钉无论使用在陶瓷上还是使用在金属上通过例如类似的已知的过程熔焊或钎焊配装。
[0042]栓钉一一在栓钉的自由端部处设置有螺纹一一穿过挠性膜中的槽。
[0043]旋拧在栓钉上的螺母夹