[发明专利]一种轻质化复合冷却推力室身部装置

说明书

本发明涉及一种轻质化复合冷却推力室身部装置，以解决目前推力室身部轻质化采用局部优化导致的热结构被破坏、减重程度有限的技术问题。该装置包括内至外依次设置的高温抗氧化热障涂层、内壁、冷却夹套及外壁；推力室身部由前至后依次设置圆筒段、收敛段及扩张段；扩张段后端外侧面设置有冷却剂入口和设置在入口集液环的入口集液腔；圆筒段前端外侧面设置有冷却剂出口和设置在出口集液环内的出口集液腔；冷却夹套包括多个沿推力室身部延伸方向设置的冷却通道和设置在相邻冷却通道之间的连接肋；多个冷却通道沿周向均匀分布；冷却通道连通入口集液腔和出口集液腔；内壁、冷却夹套及外壁均采用钛合金材料。

技术领域

本发明涉及一种推力室身部装置，具体涉及一种轻质化复合冷却推力室身部装置。

背景技术

由于运往空间的有效载荷越来越大，因而对空间发动机的推质比(每公斤结构质量产生的推力)要求也越来越高。因此，应尽量减小发动机的结构质量才能有效地提高推质比。轻质化是未来液体火箭发动机发展的重要方向之一，推力室作为液体火箭发动机的核心组件，其重量占整个发动机总重量的一半以上，因此，推力室轻质化是发动机轻质化的关键。

传统推力室的轻质化方案主要是局部的结构拓补优化减重，但推力室的工作环境恶劣(高温、高压、燃气冲刷)，采用局部结构拓扑优化减重方案可能会造成热结构的破坏，且这种方案减重程度有限。

发明内容

本发明目的在于解决目前推力室身部轻质化采用局部优化导致的热结构被破坏、减重程度有限的技术问题，提出一种轻质化复合冷却推力室身部装置；针对目前空间发动机的轻质化需求，提供了一种采用钛合金轻质材料的推力室身部结构，其热防护方案为集成再生冷却+液膜冷却+隔热冷却的复合冷却方案，同时实现了推力室的轻质化、高性能和可靠热防护。

本发明的技术方案为：

一种轻质化复合冷却推力室身部装置，其特殊之处在于：包括由内至外依次设置的高温抗氧化热障涂层、内壁、冷却夹套及外壁；

沿燃气前进方向，所述推力室身部依次设置圆筒段、收敛段及扩张段；所述圆筒段前端用于与推力室头部连接，所述扩张段用于排出燃烧所产生的气体；

所述扩张段后端外侧面设置有冷却剂入口和入口集液环，所述入口集液环内具有入口集液腔，所述入口集液腔与冷却剂入口相通；

所述圆筒段前端外侧面设置有冷却剂出口和出口集液环，所述出口集液环内具有出口集液腔，所述出口集液腔与冷却剂出口相通；

所述冷却夹套包括多个沿推力室身部延伸方向设置的冷却通道和设置在相邻冷却通道之间的连接肋，所述冷却通道的内侧面与内壁相接，外侧面与外壁相接；多个所述冷却通道沿周向均匀分布；

所述冷却通道连通入口集液腔和出口集液腔；

所述内壁、冷却夹套及外壁均采用钛合金材料。

进一步地，所述冷却剂入口处通入的冷却剂为推力室内燃烧使用的氧化剂或燃料；

所述冷却剂出口排出的氧化剂或燃料用于进入推力室头部，大部分的冷却剂直接沿中心喷注孔喷入推力室内进行掺混燃烧，另一部分冷却剂通过边缘喷注孔喷入推力室身部圆柱段的内壁，在内壁上形成保护液膜。

进一步地，所述高温抗氧化热障涂层包括涂覆在内壁上的MCrAlY抗氧化物涂层及涂覆在MCrAlY抗氧化物涂层上的氧化物陶瓷涂层。

进一步地，所述内壁、冷却夹套及外壁采用3D打印技术一体成型。

进一步地，所述冷却剂入口处的入口集液腔沿径向的断面面积为S₁；

沿中心轴线，与冷却剂入口对称位置的入口集液腔沿径向的断面面积为S₂；