一种发动机试验用燃气扩压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于航空、航天技术领域，涉及一种燃气扩压器，具体涉及一种航天液氧煤油发动机试验使用的燃气扩压器。
【背景技术】
[0002]在研制新型上面级火箭发动机时，确定火箭发动机的高空特性是发动机地面试车时的重要任务之一。火箭发动机的推力随着高度的升高不断增大，直到在真空环境中达到最大推力，上面级火箭发动机工作时的环境压强非常低，在地面试车时必须建立相应高度下的低压真空环境才能真实模拟火箭发动机的高空特性。当模拟高度不太大时，普遍采用燃气扩压器来建立试验所需的低压环境。
[0003]在高空模拟试验中，燃气扩压器是应用最简单的抽气方式，其典型结构是在发动机喷管上套接一个超音速扩压器。扩压器的一端与试验的真空舱相接，另一端与大气相通，喷管的燃气喷向扩压器的入口。高速流动的燃气对周围的气体有引射作用，使试验真空舱发动机处产生并维持低于大气压力的低压环境。
[0004]由于发动机燃气温度很高(燃气总温4000K左右)，通常需要对燃气扩压器进行热防护。
[0005]当今，主流的燃气扩压器热防护采用结构如图1所示:包括筒体1、设置筒体1上的冷却水通道2、扩压器的出口设置有进水集液环3、扩压器的入口设置有出水集液环4。由于扩压器引射的作用，出口端
[0006]温度最高，为保证冷却效果，采用出口端进水形式与入口端出水形式。其中，进水集液环3上焊接有多个切向入水管5、出水集液环4上焊接有多个切向出水管6 ;冷却水通道2分别于进水集液环3和出水集液环连通4 ;
[0007]如图2所示，现有技术的冷却水通道2包括在筒体1的圆周方向上均匀安装的N个槽板7和N个盖板组成；槽板7是在板材基础上折边与折弯，形成90ο的直角U型槽。槽板7的开口端与筒体1外壁焊接，槽板7的长度与进水集液环3和出水集液环4之间的距离一致；每两个相邻槽板7之间安装有盖板8 (即圆周方向设置Ν个盖板，Ν个盖板与Ν个槽板形成了冷却水通道);盖板8为平板形式，长度与槽板一致；槽板7包括两个侧板9以及连接两个侧板的底板10 ;其中侧板9与底板10为平板形式。
[0008]其中，进水集液环3和出水集液环4均焊接在筒体上，并一周均匀焊接多个外部加强筋11，提升结构强度。其中，多个外部加强筋11分别设置在进水集液环3 (或出水集液环4)两端外侧面；
[0009]在冷却过程中，冷却水从进水集液环3的多个切向入水管5进入到冷却水通道2内，从出水集液环4上的多个切向出水管6流出，从而带走热量，实现扩压器的冷却。
[0010]现有的燃气扩压器内部高温燃气的大量热量由冷却水带走，冷却水升温。但是还有大量燃气温度作用于筒体，筒体在高温下会引起热应力膨胀变形。槽板与盖板通过焊缝进行连接，其焊缝强度比材料基体强度低，因此焊缝位置容易引起应力集中，可能超出其焊接许用应力。同时在燃气的反复脉动冲击下，容易发生塑性变形，引起焊缝缺陷或者开裂，造成冷却水渗漏现象。
[0011]现有的燃气扩压器进水集液环外部两侧均一周均匀焊接外部加强筋11，用于提升进水集液环11结构强度。由于燃气扩压器出口端为集液环进水端，从而扩压器出口末端焊接有外部加强筋11，无法实现扩压器出口端全面积冷却。由于燃气扩压器引射作用，扩压器出口端温度最高，并且受燃气粒子高速冲刷，冷却效果差，扩压器出口末端材料极易出现热蚀现象，引起材料腐蚀破坏，降低扩压器可靠性。
【实用新型内容】
[0012]为了解决【背景技术】中燃气扩压器的冷却水通道在燃气的反复脉动冲击下，会发生塑性变形，从而引起焊缝缺陷或者开裂的问题，本实用新型提供了一种发动机试验用燃气扩压器。
[0013]本实用新型解决问题的具体技术方案是:
[0014]一种发动机试验用燃气扩压器，
[0015]包括筒体、冷却水通道、进水集液环，所述冷却水通道包括在筒体圆周方向上均匀安装的N个槽板以及N个盖板组成；所述槽板由底板和侧板组成；其特征在于:所述底板和盖板的截面均为圆弧形。
[0016]上述进水集液环通过多个外壁加强筋和多个内部加强筋焊接在筒体上。
[0017]上述内部加强筋与进水集液环的内壁之间开设有UI水流方向垂直的通水缺口。
[0018]上述底板是通过折弯的工艺制成；所述底板曲率半径的取值范围为之间。
[0019]上述盖板是通过折弯的工艺制成；所述盖板的曲率半径的取值范围为20mm-40mmo
[0020]本实用新型的有益效果是:
[0021]1、本实用新型的U型槽板的底板以及盖板均是弧度板，具有一定曲率半径，可以通过自身变形消除部分热应力，有效减小焊缝位置的热应力集中，避免超出其焊接许用应力。从而在燃气的反复脉动冲击下，不易发生塑性变形，不易引起焊缝缺陷或者开裂，提升燃气扩压器结构强度，提高了产品质量与可靠性。
[0022]2、本实用新型的进水集液环采用内部加强筋与筒体连接，解决了扩压器出口端受高温燃气的热蚀问题。
[0023]3、本实用新型的内部加强筋与进水集液环内壁之间开设有通水缺口，降低内部水流流阻，提升了进水集液环的流通效果，在保证强度同时避免冷却死角，实现扩压器出口端全部面积冷却。
【附图说明】
[0024]图1是现有燃气扩压器的结构简图；
[0025]图2为现有冷却水通道的结构简图；
[0026]图3是本实用新型燃气扩压器的结构简图；
[0027]图4为本实用新型冷却水通道的结构简图；
[0028]图5是本实用新型扩压器出口的结构简图。
【具体实施方式】
[0029]本实用新型为了解决【背景技术】中燃气扩压器的冷却水通道在燃气的反复脉动冲击下，会发生塑性变形，从而引起焊缝缺陷或者开裂的问题，现提出一种发动机试验用燃气扩压器。
[0030]如图3，燃气扩压器包括筒体1、设置筒体1上的冷却水通道2、扩压器的出口设置有进水集液环3、扩压器的入口设置有出水集液环4。由于扩压器引射的作用，出口端温度最高，为保证冷却效果，采用出口端进水形式与入口端出水形式。其中，进水集液环3上焊接有多个切向入水管5、出水集液环4上焊接有多个切向出水管6 ;冷却水通道2分别于进水集液环3和出水集液环连通4 ；
[0031]如图4所示，本实用新型的冷却水通道包括在筒体圆周方向上均匀安装的N个槽板7以及N个盖板8组成；所述槽板7由底板9和侧板10组成；特别之处是:槽板7的底板9以及盖板8均为圆弧形设计，其中，底板9是通过折弯的工艺制成；底板9曲率半径的取值范围为之间。盖板8是通过折弯的工艺制成；盖板8的曲率半径的取值范围为 20mm-40mm。
[0032]通过上述设计槽板和底板可自身变形消除部分热应力，有效减小槽板与底板焊缝位置的热应力集中，避免超出其焊接许用应力，从而在燃气的反复脉动冲击下，不易发生塑性变形，不易引起焊缝缺陷或者开裂，提升燃气扩压器结构强度，提高了产品质量与可靠性。
[0033]另外，还需要具体说明的一个改进之处是:如图5所示，本实用新型的扩压器出口的进水集液环3通过多个外壁加强筋11和多个内部加强筋12焊接在筒体1上，解决了扩压器出口端受高温燃气的热蚀问题，内部加强筋与进水集液环的内壁之间开设有与水流方向垂直的通水缺口 13，降低了进水集液环内部水流流阻，提升了进水集液环的流通效果，在保证强度同时避免冷却死角，实现扩压器出口端全部面积冷却。
【主权项】
1.一种发动机试验用燃气扩压器，包括筒体、冷却水通道、进水集液环，所述冷却水通道包括在筒体圆周方向上均匀安装的N个槽板以及N个盖板组成；所述槽板由底板和侧板组成；其特征在于:所述底板和盖板的截面均为圆弧形。2.根据权利要求1所述的发动机试验用燃气扩压器，其特征在于:进水集液环通过多个外壁加强筋和多个内部加强筋焊接在筒体上。3.根据权利要求2所述的发动机试验用燃气扩压器，其特征在于:所述内部加强筋与进水集液环的内壁之间开设有UI水流方向垂直的通水缺口。4.根据权利要求1或2或3所述的发动机试验用燃气扩压器，其特征在于:所述底板是通过折弯的工艺制成；所述底板曲率半径的取值范围为之间。5.根据权利要求1或2或3所述的发动机试验用燃气扩压器，其特征在于:所述盖板是通过折弯的工艺制成；所述盖板的曲率半径的取值范围为20mm-40mm。
【专利摘要】本实用新型属于航空、航天技术领域，具体涉及一种航天液氧煤油发动机试验使用的燃气扩压器。该燃气扩压器包括冷却水通道，所述冷却水通道包括在筒体圆周方向上均匀安装的N个槽板以及N个盖板组成；所述槽板由底板和侧板组成；其特征在于：所述底板和盖板均为圆弧形。本实用新型有效减小冷却水通道焊缝位置的热应力集中，避免超出其焊接许用应力，从而在燃气的反复脉动冲击下，不易发生塑性变形，不易引起焊缝缺陷或者开裂，提升燃气扩压器结构强度，提高了产品质量与可靠性。
【IPC分类】G01M15/02
【公开号】CN204988734
【申请号】CN201520605906
【发明人】秦永涛, 唐斌运, 沈继彬
【申请人】西安航天动力试验技术研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月12日