一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及火箭发动机喷管上使用的气膜冷却结构，可以应用在航天推进领域。
【背景技术】
[0002]火箭发动机喷管工作在高温、高热流的环境里，一般使用推进剂组元进行再生冷却或排放冷却，但是这种喷管需要加工冷却剂的流动通道，形成夹套结构，有加工工艺复杂、成本高的缺点。辐射冷却喷管是一种不使用推进剂组元进行冷却，仅依靠材料自身的耐高温性能和对外辐射来承受恶劣的工作环境，具有结构简单、质量轻的优点。
[0003]辐射冷却喷管应用在火箭发动机上时，由于工作时间较长，喷管不可避免地出现烧蚀、表面剥落等问题，影响了结构的可靠性和发动机性能。
【发明内容】
[0004]本实用新型针对辐射冷却喷管在火箭发动机上长时间工作的问题，提供一种冷却效果明显、有效增加结构的可靠性和工作寿命的火箭发动机喷管的气膜冷却结构。
[0005]实现本实用新型目的的技术方案:一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，所述的火箭发动机喷管包括上游金属喷管和下游辐射冷却喷管，上游金属喷管和下游辐射冷却喷管采用金属连接法兰连接；其在上游金属喷管的出口处连接有环形的气膜冷却集合器，气膜冷却集合器的圆周上均匀加工多个拉瓦尔喷管形式的排气孔，上游金属喷管内的气体通过这些排气孔排放至下游辐射冷却喷管内，在下游辐射冷却喷管内表面形成气膜。
[0006]如上所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其所述的气膜冷却集合器与上游金属喷管焊接在一起，收集上游金属喷管内排放冷却的氢气。
[0007]如上所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其所述的气膜冷却集合器的圆周上均匀加工360个拉瓦尔喷管形式的排气孔。
[0008]如上所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其所述的上游金属喷管和下游辐射冷却喷管下的内型面曲线为同一个喷管扩张型面曲线上的上下游段。
[0009]本实用新型的效果在于:
[0010]本实用新型所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其将上游使用推进剂组元进行排放冷却的金属喷管提供的低温气体在下游辐射冷却喷管表面均匀地形成一层保护气膜，降低了下游辐射冷却喷管工作时的结构温度，增加了结构可靠性和工作寿命
[0011]本实用新型的气膜冷却结构已经应用在辐射冷却喷管的产品设计中，计算结果表明:冷却效果明显，有效增加了结构的可靠性和工作寿命。排放的气体在下游与燃气换热后膨胀，还能增加一部分推力。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构剖面图；
[0013]图2为本实用新型所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构立体图。
[0014]图中:1.下游辐射冷却喷管；2.金属连接法兰；3.气膜冷却集合器；4.上游金属喷管；5.上游金属喷管内的气体；6.发动机喷管主流燃气；7.形成气膜。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和具体实施例对本实用新型所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构作进一步描述。
[0016]如图1和图2所示，本实用新型所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，所述的火箭发动机喷管包括上游金属喷管4和下游辐射冷却喷管I，上游金属喷管4和下游辐射冷却喷管I采用金属连接法兰2连接。上游金属喷管4和下游辐射冷却喷管I下的内型面曲线为同一个喷管扩张型面曲线上的上下游段。
[0017]在上游金属喷管4的出口处焊接有环形的气膜冷却集合器3，气膜冷却集合器3的圆周上均匀加工360个拉瓦尔喷管形式的排气孔，上游金属喷管内的气体5 (排放冷却的氢气)通过这些排气孔排放至下游辐射冷却喷管I内，在下游辐射冷却喷管I内表面形成气膜7。
[0018]本实用新型设计的气膜冷却集合器的排气孔，将上游金属喷管4排放的低温气体(氢气)，形成喷管主流燃气当地速度矢量平行的方向排入下游辐射冷却喷管I的表面，气体的压力和速度应该与燃气当地的压力和速度相当或略小，避免对发动机主流燃气6造成激波等不利干扰。通过这样设计排放气体的参数，能够减缓气体与燃气的混合，使气膜在下游辐射冷却喷管表面保持较长的距离，充分发挥保护作用。
[0019]排气孔采用拉瓦尔喷管形式能够使氢气膨胀、加速，出口处速度和压力主流燃气相当，形成气膜7。这样气膜与燃气之间不会存在因速度相差较大而产生的强烈的剪切混合作用，能够平滑地贴着下游喷管的表面流动，产生良好的保护作用。
【主权项】
1.一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，所述的火箭发动机喷管包括上游金属喷管(4)和下游辐射冷却喷管(I)，上游金属喷管(4)和下游辐射冷却喷管(I)采用金属连接法兰(2)连接；其特征在于: 在上游金属喷管(4)的出口处连接有环形的气膜冷却集合器(3)，气膜冷却集合器(3)的圆周上均匀加工多个拉瓦尔喷管形式的排气孔，上游金属喷管内的气体(5)通过这些排气孔排放至下游辐射冷却喷管(I)内，在下游辐射冷却喷管(I)内表面形成气膜(7)。2.根据权利要求1所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其特征在于:所述的气膜冷却集合器(3)与上游金属喷管(4)焊接在一起，收集上游金属喷管(4)内排放冷却的氢气。3.根据权利要求1所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其特征在于:所述的气膜冷却集合器(3)的圆周上均匀加工360个拉瓦尔喷管形式的排气孔。4.根据权利要求1所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其特征在于:所述的上游金属喷管(4)和下游辐射冷却喷管(I)下的内型面曲线为同一个喷管扩张型面曲线上的上下游段。
【专利摘要】本实用新型提供一种冷却效果明显、有效增加结构的可靠性和工作寿命的火箭发动机喷管的气膜冷却结构。其在上游金属喷管的出口处连接有环形的气膜冷却集合器，气膜冷却集合器的圆周上均匀加工多个拉瓦尔喷管形式的排气孔，上游金属喷管内的气体通过这些排气孔排放至下游辐射冷却喷管内，在下游辐射冷却喷管内表面形成气膜。本实用新型所述的一种火箭发动机喷管的气膜冷却结构，其将上游使用推进剂组元进行排放冷却的金属喷管提供的低温气体在下游辐射冷却喷管表面均匀地形成一层保护气膜，降低了下游辐射冷却喷管工作时的结构温度，增加了结构可靠性和工作寿命。
【IPC分类】F02K9/97
【公开号】CN204691935
【申请号】CN201520388732
【发明人】袁宇, 谢恒 , 王晓丽, 陈旭扬, 冉治通, 杨继东, 周伟, 宣智超, 卢明
【申请人】北京航天动力研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月8日