一種一體化焊接連接的推力室結構的制作方法

本發明屬于航空航天設計，涉及一種一體化焊接連接的推力室結構。

背景技術：

1、推力室是液體火箭發動機實現能量轉化產生推力的裝置，是液體火箭發動機的關鍵組件之一。推力室主要由頭部、燃燒室和噴管延伸段組成，推進劑在頭部噴注霧化，在燃燒室中燃燒產生高溫高速燃氣，通過收縮擴張的噴管延伸段加速燃氣，將推進劑的化學能轉換為氣體動能，進而產生巨大推力。

2、目前氫氧火箭發動機推力室燃燒室與噴管延伸段均通過法蘭連接，燃燒室和噴管延伸段上均設置有集合器和法蘭，不僅重量大，而且還需要單獨的管路將推進劑引入集合器中，布局相對復雜。

3、因此，有必要提出一種結構更為簡單的推力室方案，以簡化布局，減輕重量。

技術實現思路

1、本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提出一種一體化焊接連接的推力室結構，與現有技術相比，實現了燃燒室與噴管延伸段焊接連接，燃燒室冷卻通道與噴管冷卻通道直接相通，結構簡單，布局緊湊，降低了推力室整體重量。

2、本發明解決技術的方案是：

3、一種一體化焊接連接的推力室結構，包括頭部、燃燒室、噴管延伸段、燃料進口法蘭、噴管出口法蘭、噴管出口管路、頭部入口法蘭、燃料集合器；

4、燃燒室包括燃燒室內壁和燃燒室外壁，其中燃燒室內壁為帶燃燒室冷卻通道的銑槽式結構，噴管延伸段包括噴管內壁和噴管外壁，其中噴管內壁為帶噴管冷卻通道的銑槽式結構；燃燒室內壁和噴管內壁在對接處分別伸出一個對接凸臺，兩個對接凸臺采用電子束焊接連接；連接環為t字型環鍛件，燃燒室外壁、噴管外壁分別與連接環通過電子束焊接連接；燃燒室內壁與噴管內壁、燃燒室外壁、噴管外壁和連接環焊接完成后，中間形成一個環腔，所述環腔用于對燃料進行均流；

5、頭部與燃燒室焊接連接；噴管延伸段尾部通過噴管出口法蘭與噴管出口管路一端連通，噴管出口管路另一端通過頭部入口法蘭與頭部連通；燃料集合器焊接在燃燒室上，燃料進口法蘭作為燃料進口，焊接在燃料集合器上。

6、優選的，燃料集合器的位置靠近噴管延伸段。

7、優選的，燃燒室內壁與噴管內壁的對接焊縫方向垂直于燃燒室內壁母線。

8、優選的，燃燒室內壁對接凸臺和噴管內壁對接凸臺采用加厚設計，加厚量為0.5～1mm。

9、優選的，燃燒室內壁對接凸臺與燃燒室冷卻通道相連處設有圓角。

10、優選的，噴管內壁對接凸臺與噴管冷卻通道相連處設有圓角。

11、優選的，燃燒室外壁與連接環通過電子束焊接連接方式如下：

12、燃燒室外壁與連接環對接處加工有外壁鎖底凸臺，連接環底部直接插到外壁鎖底凸臺上，再通過電子束焊接連接。

13、優選的，燃燒室內壁采用銅合金材料，燃燒室外壁采用gh4169或高強鋼材料。

14、優選的，噴管內壁和噴管外壁采用相同的不銹鋼材料。

15、優選的，推力室工作時，全部燃料從燃料進口法蘭進入燃料集合器內，之后一部分逆流而上沿著燃燒室冷卻通道冷卻燃燒室，另一部分經環腔均流后順流而下，沿著噴管冷卻通道冷卻噴管延伸段；冷卻噴管延伸段的燃料經噴管出口法蘭，沿著噴管出口管路，進入頭部入口法蘭中，然后進入頭部燃料腔與冷卻燃燒室的燃料匯合，最終全部參與化學反應，產生推力。

16、本發明與現有技術相比的有益效果是：

17、(1)本發明設計了一種一體化焊接連接的推力室結構，使得燃燒室與噴管延伸段通過焊接連接，結構簡單，而且能夠有效降低推力室的重量；

18、(2)本發明燃燒室內壁與噴管延伸段內壁對接部位的凸臺局部加厚，保證了對接部位的內壁強度。與此同時，采用焊接連接后，燃燒室內壁與噴管內壁直接光滑過渡，避免了由于存在臺階導致的燒蝕問題；

19、(3)本發明燃燒室冷卻通道與噴管延伸段冷卻通道直接相通，噴管延伸段取消入口集合器，燃料進入連接環形成的環腔可進一步提高流動均勻性，簡化了流路，提高了推力室布局的緊湊度，結構簡單，降低了推力室整體重量。

技術特征：

1.一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：包括頭部、燃燒室、噴管延伸段、燃料進口法蘭、噴管出口法蘭、噴管出口管路、頭部入口法蘭、燃料集合器；

2.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：燃料集合器的位置靠近噴管延伸段。

3.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：燃燒室內壁與噴管內壁的對接焊縫方向垂直于燃燒室內壁母線。

4.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：燃燒室內壁對接凸臺和噴管內壁對接凸臺采用加厚設計，加厚量為0.5～1mm。

5.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：燃燒室內壁對接凸臺與燃燒室冷卻通道相連處設有圓角。

6.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：噴管內壁對接凸臺與噴管冷卻通道相連處設有圓角。

7.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：燃燒室外壁與連接環通過電子束焊接連接方式如下：

8.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：燃燒室內壁采用銅合金材料，燃燒室外壁采用gh4169或高強鋼材料。

9.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：噴管內壁和噴管外壁采用相同的不銹鋼材料。

10.根據權利要求1所述的一種一體化焊接連接的推力室結構，其特征在于：推力室工作時，全部燃料從燃料進口法蘭進入燃料集合器內，之后一部分逆流而上沿著燃燒室冷卻通道冷卻燃燒室，另一部分經環腔均流后順流而下，沿著噴管冷卻通道冷卻噴管延伸段；冷卻噴管延伸段的燃料經噴管出口法蘭，沿著噴管出口管路，進入頭部入口法蘭中，然后進入頭部燃料腔與冷卻燃燒室的燃料匯合，最終全部參與化學反應，產生推力。

技術總結
本發明涉及一種一體化焊接連接的推力室結構，燃燒室內壁與噴管內壁通過電子束焊接連接，燃燒室外壁與噴管外壁分別與連接環焊接連接，實現了燃燒室與噴管延伸段焊接連接，燃燒室冷卻通道與噴管冷卻通道直接相通，通過中間的環腔，實現了均流的作用，燃料集合器焊接在燃燒室上，燃料進口法蘭作為燃料進口，焊接在燃料集合器上。本發明取消了噴管入口集合器，布局緊湊，結構簡單，降低了推力室的整體重量。

技術研發人員：吳有亮,田原,王曉麗,杜寧,丁煜朔,劉瀟,李泳江,王天泰,楊繼東,馬志瑜,張強,孫浩
受保護的技術使用者：北京航天動力研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13