本發(fā)明屬于液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室領(lǐng)域，更具體地，涉及一種使用非金屬外壁的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室。

背景技術(shù)：

燃燒室是液體火箭發(fā)動機(jī)的重要組件，產(chǎn)生液體火箭發(fā)動機(jī)的全部或者大部分推力。液體推進(jìn)劑經(jīng)過噴注器進(jìn)入燃燒室，完成霧化、混合和燃燒過程，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓瑢⑼七M(jìn)劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。燃?xì)庠趪姽芾飳崮苻D(zhuǎn)化為動能，以很高的速度從噴管的出口截面排出，產(chǎn)生發(fā)動機(jī)推力。

在液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)，大量的推進(jìn)劑組元在高溫(3000K-4000K)、高壓(5MPa-20MPa或更高)下在很短的時間內(nèi)燃燒完畢，燃燒產(chǎn)物以很高的速度流過噴管(2000m/s-3000m/s)。在此過程中，燃燒室單位時間、單位體積內(nèi)可產(chǎn)生很大的熱流量，然而室壁允許通過的熱流量卻小的多，因此，必須采取必要的防護(hù)措施，保證發(fā)動機(jī)可靠工作所必需的強(qiáng)度。

通常液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室采用再生冷卻保證壁面溫度在允許范圍內(nèi)，即，將燃燒室殼體設(shè)計為夾層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)壁、外壁組成，推進(jìn)劑在進(jìn)入燃燒室前，以一定流速經(jīng)過內(nèi)外壁之間的通道，帶走熱量。但此種結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成型難度大，內(nèi)外壁之間是封閉的通道，必須采用釬焊、擴(kuò)散焊或者電鑄等特種工藝，對材料牌號有特殊要求，且成型周期長、成本高、可靠性較難保證，而且，成型后一旦出現(xiàn)問題很難返修，這也是目前國內(nèi)外液體火箭發(fā)動機(jī)推力室研制周期長、成本高的一個重要原因。

為解決液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室成型工藝復(fù)雜、成本高以及對材料要求苛刻等問題，需要開發(fā)一種使用非金屬外壁的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種使用非金屬外壁的燃燒室結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)特種工藝帶來的一系列問題，本發(fā)明的燃燒室具有成型工藝簡單、成型周期短和成本低的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室，其包括金屬內(nèi)壁、粘接層、非金屬外壁、推進(jìn)劑入口接頭、推進(jìn)劑出口接頭、后端法蘭、前端法蘭、尾端承載板、前端承載板，其中，

所述非金屬外壁通過粘結(jié)層與所述金屬內(nèi)壁形成整體，所述金屬內(nèi)壁內(nèi)表面完整光滑，所述金屬內(nèi)壁外表面具有沿周向布置的多個冷卻槽，

所述前端承載板和所述尾端承載板分別固定在金屬外壁的前端和尾端，所述前端承載板和所述尾端承載板均與金屬外壁的外表面無縫連接，所述前端承載板和所述尾端承載板分別與金屬外壁前端外壁面和尾端外壁面形成環(huán)形空腔狀的出口集合器和入口集合器，所述冷卻槽連同所述出口集合器和入口集合器，

所述前端法蘭和所述后端法蘭分別與前端承載板和尾端承載板固定，所述前端法蘭和所述后端法蘭分別與前端承載板和尾端承載板形成無縫連接，已使得所述出口集合器和入口集合器形成封閉空腔，

所述推進(jìn)劑入口接頭和所述推進(jìn)劑出口接頭分別固定在尾端承載板和前端承載板上，所述推進(jìn)劑入口接頭和所述推進(jìn)劑出口接頭分別連同所述入口集合器和出口集合器，以用于推進(jìn)劑進(jìn)入和排出。

進(jìn)一步的，所述冷卻槽的橫截面為矩形或者圓形。

進(jìn)一步的，所述冷卻槽沿周向均勻布置。

進(jìn)一步的，多個所述冷卻槽的大小和結(jié)構(gòu)均相同。

進(jìn)一步的，所述非金屬外壁為碳纖維增強(qiáng)樹脂采用纏繞成型獲得。

本發(fā)明的燃燒室，金屬內(nèi)壁和非金屬外壁通過粘接層粘接固化成型，形成的軸向通道用于推進(jìn)劑的流通，實(shí)現(xiàn)對燃燒室的冷卻。粘接層與金屬內(nèi)壁、非金屬外壁之間的粘接強(qiáng)度保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，承載板用于形成推進(jìn)劑入口和出口集合器，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑在各個通道的流量均勻。其特殊之處在于，內(nèi)壁采用金屬方案，而外壁采用了非金屬方案，纏繞固化成型，形成推進(jìn)劑的流動通道，實(shí)現(xiàn)對燃燒室的有效冷卻。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

由于采用了非金屬外壁，取消了傳統(tǒng)的復(fù)雜成型工藝，具有結(jié)構(gòu)及成型工藝簡單，操作方便，制造成本低，制造周期短的優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)證明，本發(fā)明提出的一種燃燒室結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室在高溫環(huán)境下的冷卻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室冷卻通道剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)為本發(fā)明液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室外壁結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)為圖3(a)中B-B面剖視圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1、金屬內(nèi)壁；2、粘接層；3、非金屬外壁；4a、推進(jìn)劑入口接頭；4b、推進(jìn)劑出口接頭；5a、尾端法蘭；5b、前端法蘭；6a、尾端承載板；6b、前端承載板。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

為解決液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室成型工藝復(fù)雜、成本高以及對材料要求苛刻等問題，本發(fā)明提出了一種使用非金屬外壁的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)內(nèi)壁采用金屬材料，材料牌號不受成型工藝限制，而外壁采用碳纖維等非金屬纏繞，取消了傳統(tǒng)的特種工藝，這樣的設(shè)計使得本發(fā)明的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室具有成型工藝簡單、周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所述的一種非金屬外壁液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)組成包括金屬內(nèi)壁1、粘接層2、非金屬外壁3、推進(jìn)劑入口接頭4a、推進(jìn)劑出口接頭4b、后端法蘭5a、前端法蘭5b、尾端承載板6a、前端承載板6b。其中，金屬內(nèi)壁1與非金屬外壁3通過粘接層2粘接固化成型，前端承載板6b、尾端承載板6a用于形成推進(jìn)劑入口和出口的環(huán)形集合器，保證內(nèi)壁1軸向各通道內(nèi)的推進(jìn)劑流量均勻，前端法蘭5b、后端法蘭5a用于與前后端結(jié)構(gòu)件相連，用于冷卻的推進(jìn)劑從推進(jìn)劑入口接頭4a進(jìn)入冷卻通道，從推進(jìn)劑出口接頭4b流出。

圖1為本發(fā)明液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室冷卻通道剖面結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖1和圖2可知，金屬內(nèi)壁1、非金屬外壁3、尾端承載板6a、前端承載板6b均是通過粘接層2粘接固化成型，形成軸向的冷卻通道，同時保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。

具體的，金屬內(nèi)壁1為薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，主要由圓柱段、收斂段和擴(kuò)散段組成，收斂段和擴(kuò)散段相接位置為喉部，其外表面加工有若干軸向冷卻槽，軸向冷卻槽用于推進(jìn)劑的流通，實(shí)現(xiàn)對燃燒室的冷卻。

圖3(a)為本發(fā)明液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的軸向冷卻槽結(jié)構(gòu)示意圖，圖3(b)為圖3(a)中B-B面剖視圖，由圖可知，軸向冷卻槽設(shè)置在金屬內(nèi)壁1的外表面，金屬內(nèi)壁1的內(nèi)表面完整光滑，金屬內(nèi)壁1的外壁面上加工有冷卻槽，非金屬外壁3貼合覆蓋在金屬內(nèi)壁1上。

其中，前端承載板6b、尾端承載板6a由機(jī)加工成型，并焊接推進(jìn)劑入口接頭4a和推進(jìn)劑出口接頭4b，然后安裝至金屬內(nèi)壁1對應(yīng)安裝位置，從而形成入口集合器和出口集合器。

本發(fā)明的燃燒室工作時，推進(jìn)劑的流動過程為：推進(jìn)劑從推進(jìn)劑入口接頭4a進(jìn)到入口集合器，推進(jìn)劑進(jìn)入冷卻槽，冷卻槽為矩形，由于冷卻槽沿軸向均勻分布，在各冷卻槽內(nèi)的推進(jìn)劑流量均勻，對燃燒室冷卻后，經(jīng)出口集合器流出再經(jīng)推進(jìn)劑出口接頭4b流出。

本發(fā)明提出了一種使用非金屬外壁的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)內(nèi)壁采用金屬材料，材料牌號不受成型工藝限制，而外壁采用碳纖維等非金屬纏繞，取消了傳統(tǒng)的特種工藝，這樣的設(shè)計使得本發(fā)明的液體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室具有成型工藝簡單、周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。