[发明专利]模块化容热式推力室

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种模块化结构的容热式推力室。特别涉及一种可变喷注器、身部长度和喷管几何(形状和尺寸)的液体火箭发动机容热式推力室。

【背景技术】

在火箭发动机推力室的研制过程中，特别是作为推力室主要组件的喷注器的研制过程中，在大量的初始研究阶段，为了能够充分地开展试验研究，往往需要改变喷注器形式、身部长度和喷管几何(形状和尺寸)来获得不同工况下的数据，以进行分析对比研究。

在地面进行燃烧试验研究中，一般采用结构简单、便于测量的容热式结构。但在试验过程中需要更换头部喷注器或身部结构时，往往采用将整体头部和身部完全更换，这样就大大增加了成本。而在推力室结构设计中模块化设计由于其能够显著地降低成本也有应用，推力室模块化设计方法常用于单喷嘴推力室的测试中，像文献William M.Marshall，Sibtosh Pal，et al.“Benchmark Wall Heat Flux Data for a GO₂/GH₂ SingleElement Combustor”.AIAA Paper No：2005-3572以及Gregg Jones，Christopher Protz，Brad Bullard，“Local Heat Flux Measurements with Single Element Coaxial Injectors”，AIAA Paper No：2006-5194中所述。其中单喷嘴推力室身部和头部都采用了多部分组分，可以方便地更换喷注器和身部长度和喷管部分，但是其连接形式采用了推力室前后整体液压完成，这样就需要液压机机构，使得试验成本和难度增加，且在需要更换零件时，必须使整体推力室都分离，没法在只更换某一部分时，其他部分保持连接不变。由于多喷嘴结构的复杂性，且现有资料中所见的单喷嘴推力室模块化设计方法，特别是头部结构的设计方法，无法推广到多喷嘴推力室的模块化设计中去。另外，在成本更高的多喷嘴推力室的设计中还未见有整体推力室的模块化设计结构。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种成本低、能够方便更换燃烧室头部喷注器、身部长度和喷管部分的容热式推力室。

模块化结构的容热式推力室，包括：喷注器组件、头部顶盖、头部底盖、身部圆筒段、尾部喷管。喷注器组件、头部顶盖、头部底盖可拆分地连接形成推力室头部；身部圆筒段采用分段式结构；圆筒段的各段、尾部喷管、推力室头部可拆分地连接。喷注器组件包括上喷注板、喷嘴和下喷注板三个部分组成。

燃烧室采用容热式结构，喷注器部分可以很方便地更换，身部圆筒段可以很方便地增加和减小长度，喷管可以方面地更换。推力室头部与身部圆筒段之间、圆筒段相互之间以及身部圆筒段与喷管段之间都采用螺栓连接。推力室头部与身部圆筒段之间、圆筒段相互之间以及身部圆筒段与喷管段之间都采用了在凸台与凹槽之间压紧膨胀石墨密封圈的方式密封。头部可以采用不锈钢材料，身部圆筒段采用紫铜材料，喷管段采用耐高温材料。

本发明的模块化结构的推力室具有的优点和积极效果在于：(1)由于采用了模块化结构，需要改变某一部分时，只需要更改这一部分的零件即可，这样就显著地降低成本，特别针对多喷嘴推力室头部的可更换性；(2)由于头部与身部之间、身部与喷管之间采用了简单的螺栓连接方式，结构简单，且使得在更换零件时，其他部分连接仍然能够保持连接；(3)采用了耐高温高压的膨胀石墨密封，能够在严酷的火箭发动机环境下保持良好的密封效果，且膨胀石墨所占推力室成本比例很低。

【附图说明】

图1是模块化多喷嘴容热式推力室装配图

图2是模块化多喷嘴容热式推力室头部装配图

图3是模块化多喷嘴容热式推力室身部装配图

【具体实施方式】

下面结合附图用实施例来进一步说明本发明，实施例采用了多喷嘴推力室结构进行说明，方法同样适合于单喷嘴燃烧室工况。

如图1，模块化推力室主要包括：头部螺栓1、头部顶盖2、头部喷注器组件3、头部底盖4、身部圆筒段第一段5、身部圆筒段第二段6、身部圆筒段第三段7、尾部法兰8、尾部螺栓9、尾部喷管部分10。