[发明专利]一种航天发动机换热构件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种航天发动机换热构件及其制备方法，属于航天发动机设计与金属增材制造技术领域，尤其涉及航天发动机换热构件的设计及制造方法。建立不含换热模块的换热构件壳体模型；建立三维点阵换热模块模型；对换热构件壳体和三维点阵换热模块进行装配合并，形成换热构件完整模型；将航天发动机换热构件的换热模块设计为三维点阵结构，采用金属增材制造方法整体制造出换热构件，提高了换热构件的换热性能和制造质量可靠性。

技术领域

本发明涉及一种航天发动机换热构件及其制备方法，属于航天发动机设计与金属增材制造技术领域，尤其涉及航天发动机换热构件的设计及制造方法。

背景技术

随着现代航天动力系统向高推重比、高飞行马赫数等方向发展，航天发动机中如燃烧室、收扩段等热端构件承受的热负荷剧增。为了保证发动机的可靠性和寿命，发展构件换热技术，设计和制造高效快速的换热构件至关重要。

传统航天发动机换热构件换热模块通常设计为阵列分布的矩形铣槽结构或蛇形管结构集，结构复杂；制造上采用机械加工+焊接或者化铣加工+焊接等方法制造，制造流程长，质量可靠性，且构件换热效率低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种航天发动机换热构件及其制备方法，该方法能够为航天发动机热端部/组件换热结构的设计和制造提供一种全新方法。

本发明的技术解决方案是：

一种航天发动机换热构件，该换热构件包括换热壳体和换热模块，换热模块安装在换热壳体的内壁和外壁之间；

所述的换热模块采用三维点阵结构，三维点阵结构的基本胞元为多面体结构；

所述的多面体结构为八面体结构、十二面体结构、二十面体结构中的一种或两种以上的混合结构；

所述的多面体结构是以主体筋条为棱组成的多面体结构，该多面体结构的体对角线向外延伸至相邻的多面体结构的主体筋条，即相邻的两个多面体结构，其中一个多面体结构的体对角线向外延伸与另一个多面体结构的主体筋条重合；

所述的主体筋条与投影面的夹角为在35°～90°，当主筋条与投影面的夹角处于35°～90°范围内时，该结构的镂空单元体本身为自支撑结构，可避免在成形过程中添加额外的支撑结构；

所述的主体筋条截面为圆形、矩形或椭圆形，主体筋条的直径为Φ0.3～Φ0.8mm。

一种航天发动机换热构件的制备方法，该方法的步骤包括：

(1)建立换热壳体的三维模型；

(2)建立换热模块的三维模型；

(3)将步骤(1)建立的换热壳体的三维模型与步骤(2)建立的换热模块的三维模型进行装配合并，形成换热构件的三维模型；

(4)采用增材制造的方式在基板上按照步骤(3)得到的换热构件的三维模型进行航天发动机换热构件的制备，得到换热构件毛坯；

所述的增材制造过程中使用的原料为06Cr19Ni10不锈钢材料粉末，粉末的粒径为15μm～53μm；

所述的增材制造过程中，对换热壳体进行制备时的工艺参数为：激光功率为280W～320W，扫描速度为960mm/s～1050mm/s，光斑直径为65μm～75μm，铺粉厚度为0.04mm～0.06mm；

所述的增材制造过程中，对换热模块进行制备时的工艺参数为：激光功率为240W～260W，扫描速度为1100mm/s～1300mm/s，光斑直径为65μm～75μm，铺粉厚度为0.04mm～0.06mm；

所述的增材制造过程中，使用惰性气体进行保护，惰性气体为氩气，成形过程中气氛氧含量要求小于1000PPM；