[发明专利]具有螺旋冷却通道的燃烧室衬套

说明书

一种包括多个螺旋冷却通道的燃烧室衬套由材料部件形成。燃烧室衬套主体从第一端和第二端延伸。燃烧室衬套主体包括燃烧室衬套内壁，燃烧室衬套内壁限定从第一端和第二端延伸的燃烧区域腔体。燃烧室衬套主体还包括与内壁相对的燃烧室衬套外壁。燃烧室衬套主体还限定入口端口、与入口端口相对的喷嘴出口端口以及喉部。沿着燃烧室衬套外壁，将螺旋冷却通道切入外壁中，使得螺旋冷却通道在第一端和第二端之间延伸。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月11日提交的标题为“具有螺旋冷却通道的燃烧室衬套”的美国专利申请第16/216,454号的优先权，所述美国专利申请的公开内容以其全文通过引用并入本文并用于所有目的。

背景技术

燃烧室通常用于火箭发动机中，以燃烧推进剂来产生用于火箭推进系统的推力。该推进剂的燃烧产生热排气，当所述热排气通过燃烧室的喷嘴时，会产生该推力。然而，通过燃烧过程产生的温度和压力可能是极端的，从而需要冷却燃烧室以防止对燃烧室造成损坏或完全的热破坏。加剧这一点的是对火箭推进系统进行优化以减轻重量的普遍要求。因此，采用复杂的火箭推进系统是困难且昂贵的，该复杂的火箭推进系统提供对燃烧室的最佳冷却，并且还基于重量考虑进行了优化。

附图说明

将参考附图描述各种技术，在附图中：

图1是燃烧室衬套的透视图，所述燃烧室衬套包括沿着燃烧室衬套的燃烧室衬套外壁的多个螺旋冷却通道；

图2是燃烧室衬套的透视图，示出了燃烧室衬套的燃烧室衬套外壁和从燃烧室衬套的喷嘴延伸至燃烧室衬套的入口端口的多个螺旋冷却通道；

图3是图2的燃烧室衬套的纵向截面图，示出了沿着燃烧室衬套的燃烧室衬套外壁和燃烧室衬套的燃烧室衬套内壁的螺旋冷却通道；

图4是燃烧室衬套的透视图，示出了从燃烧室衬套的入口端口到喉部的燃烧室衬套的燃烧室衬套内壁；

图5是从燃烧室衬套的喉部的燃烧室衬套的横向截面图，示出了沿着燃烧室衬套的燃烧室衬套外壁的多个螺旋冷却通道。

具体实施方式

下文描述的技术和系统涉及一种燃烧室衬套，所述燃烧室衬套在操作时采用螺旋冷却室来对燃烧室进行再生冷却。在一个示例中，用于火箭推进系统的燃烧室衬套是使用诸如铜的导热材料制成的。燃烧室衬套可包括入口端口，推进剂可通过所述入口端口引入燃烧室中以燃烧并产生可用于产生推力的热排气。此外，燃烧室衬套可以包括喷嘴，通过所述喷嘴，通过推进剂的燃烧产生的热气体被加速以产生用于火箭推进系统的推力。喷嘴可包括收敛部分，随后是朝向与燃烧室衬套的入口端口相对的端部的发散部分。在燃烧室衬套的收敛部分处，在入口端口和喷嘴的端部之间可以是喉部，在此处热气体的流动被阻塞，使得当热气体离开喉部时，热气体的速度会随着喷嘴面积朝着与入口端口相对的端部发散而增加(用于超音速流动)。这可以被描述为通过喷嘴的热气体流从喉部到与燃烧室衬套的入口端口相对的喷嘴出口端口的等熵膨胀。

由于推进剂在燃烧室内的燃烧，燃烧室衬套内的压力和温度可能异常高。结果，燃烧室衬套在内壁处可能经受显著的热膨胀，而燃烧室衬套的外壁由于内壁和外壁之间的温度梯度而可能限制该热膨胀。该温度梯度可能导致热应力，所述热应力可能影响燃烧室衬套的寿命。为了防止由于燃烧室内的高温和高压导致的应力造成燃烧室衬套的结构劣化，燃烧室衬套可包括沿着燃烧室衬套的外壁的一系列冷却通道，所述一系列冷却通道沿着燃烧室衬套的圆周从入口端口延伸至喷嘴出口端口。通过这些冷却室，可以引入推进剂或其他低温材料以为燃烧室衬套提供再生冷却，并从而减少燃烧室衬套上的热应力。