本發(fā)明涉及火箭發(fā)動機技術領域，具體涉及一種固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管及制造方法。

背景技術：

固體火箭發(fā)動機的噴管是通過控制排氣膨脹使燃燒室產生的燃氣能量有效地轉換為動能，給飛行器提供推力的部位。喉襯位于噴管喉部，其燒蝕狀態(tài)最苛刻，喉襯內型面受高溫、高壓、高速且含有侵蝕性粒子的熱流沖刷燒蝕而損傷，表現為喉徑擴大，表面粗糙不平，型面不規(guī)整等。尤其在發(fā)動機點火瞬間，喉襯從常溫以大于2000℃/s速度驟然升溫，產生極大的溫度梯度和熱應力，易使喉襯出現裂紋或碎裂，將直接影響發(fā)動機的推力和效率，甚至失去工作能力。喉襯的結構及材料選擇成為固體火箭發(fā)動機工作成敗的關鍵。目前國內外固體火箭發(fā)動機喉襯材料主要有：難熔金屬、石墨、碳碳復合材料、增強塑料、陶瓷基復合材料等。

由于國內外固體火箭發(fā)動機技術的飛速發(fā)展，大直徑、大流量固體火箭發(fā)動機應用越來越多，但對于喉襯來講，由于制作工藝及設備的限制，喉襯達到某種瓶頸尺寸時，會極大的增加工藝難度、復雜性，成型后的產品質量較差，可能存在滲碳不均勻、富碳區(qū)較多、材料強度離散度大等缺陷，且產品的一致性難以保證，同時帶來較高昂的成本代價。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管及制造方法，該非潛入式噴管的產品一致性較好，生產成本低。

為解決上述技術問題，本發(fā)明公開的一種固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管，其特征在于：它包括噴管回轉體殼體、擴散段回轉體絕熱層、絕熱環(huán)、回轉體喉襯和收斂段絕熱層，其中，噴管回轉體殼體內側壁的前段與收斂段絕熱層的外側壁固定連接，噴管回轉體殼體內側壁的中段與絕熱環(huán)外側壁固定連接，噴管回轉體殼體內側壁的后段與擴散段回轉體絕熱層的外側壁固定連接，回轉體喉襯的外側壁與絕熱環(huán)的內側壁固定連接，收斂段絕熱層的后端與絕熱環(huán)和回轉體喉襯的前端固定連接，絕熱環(huán)和回轉體喉襯的后端與擴散段回轉體絕熱層的前端固定連接；

所述回轉體喉襯的外層喉襯由N塊子外層喉襯塊周向粘結而成，回轉體喉襯的內層喉襯由N塊子內層喉襯塊周向粘結而成，相鄰的兩塊子外層喉襯塊之間填充耐燒蝕密封膩子，相鄰的兩塊子內層喉襯塊之間也填充耐燒蝕密封膩子。

進一步地，每塊子外層喉襯塊與對應的子內層喉襯塊之間填充膠粘劑。

進一步地，所述收斂段絕熱層的后端包裹住回轉體喉襯的前端。

進一步地，所述相鄰的兩塊子外層喉襯塊之間的連接處與相鄰的兩塊子內層喉襯塊之間的連接處成錯開分布。

進一步地，所述回轉體喉襯的外側壁與絕熱環(huán)的內側壁之間填充膠粘劑。

進一步地，所述N為3～7。

一種上所述固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管的制造方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：將規(guī)則長方體喉襯塊，在數控銑床上銑加工成要求的N塊子外層喉襯塊和N塊子內層喉襯塊；

步驟2：利用粘接機將N塊子外層喉襯塊和N塊子內層喉襯塊拼裝成回轉體喉襯；

步驟3：按照常規(guī)車加工方法，將噴管回轉體殼體、擴散段回轉體絕熱層、絕熱環(huán)和收斂段絕熱層機加工成型；

步驟4：將回轉體喉襯的外側壁與絕熱環(huán)的內側壁之間填充膠粘劑，并將回轉體喉襯與絕熱環(huán)粘接成喉襯體；

步驟5：通過膠粘劑將噴管回轉體殼體內側壁的前段與收斂段絕熱層的外側壁粘接，將噴管回轉體殼體內側壁的中段與絕熱環(huán)外側壁粘接，將噴管回轉體殼體內側壁的后段與擴散段回轉體絕熱層的外側壁粘接，將收斂段絕熱層的后端與喉襯體的前端粘接，將喉襯體的后端與擴散段回轉體絕熱層的前端粘接，從而形成固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管；

步驟6：將固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管與裝藥發(fā)動機、點火裝置連接，進行地面點火試驗，分析子外層喉襯塊和子內層喉襯塊的燒蝕率，并與常規(guī)整體喉襯燒蝕率進行對比，對子外層喉襯塊和子內層喉襯塊的燒蝕性能進行分析，并進行結構抗熱震可靠性檢測。

進一步地，所述步驟1中子外層喉襯塊和子內層喉襯塊在立式加工中心或臥式加工中心上采用數控銑床加工。

進一步地，將回轉體喉襯與絕熱環(huán)粘接成喉襯體的具體方法為，首先借用外層喉襯包容環(huán)粘接回轉體喉襯的外層喉襯，然后將外層喉襯外型面與絕熱環(huán)粘接成一體，再通過內層喉襯包容環(huán)將N塊子內層喉襯塊粘接組裝成回轉體喉襯的內層喉襯，然后將內層喉襯外型面與外層喉襯、絕熱環(huán)進行粘接組裝成喉襯體。

所述步驟4中，將回轉體喉襯與絕熱環(huán)粘接成喉襯體的具體方法為，首先借用包容環(huán)粘接回轉體喉襯的外層喉襯，然后將外層喉襯外型面與絕熱環(huán)粘接成一體，再通過包容環(huán)將N塊子內層喉襯塊粘接組裝成回轉體喉襯的內層喉襯，然后將內層喉襯外型面與外層喉襯、絕熱環(huán)進行粘接組裝成喉襯體。

本發(fā)明通過將喉襯由原有的整體式喉襯結構，分割為若干子外層喉襯塊和子內層喉襯塊，兩兩之間再通過裝配工藝連接成整體式喉襯，再與非潛入式噴管其它結構部件組裝成噴管。單獨的喉襯塊體積變小，將有效地降低喉襯的生產及加工難度；因對胚料的尺寸要求也變小，可以有效地節(jié)約原材料，工藝制備及加工成本也得以降低；同時由于單獨的喉襯塊尺寸減小，厚度減薄，使得滲碳較為均勻，固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管的質量一致性更容易保證。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中非潛入式噴管結構解剖示意圖；

圖2為本發(fā)明中喉襯分塊結構示意圖；

圖3為圖2的剖視圖；

圖4為本發(fā)明中外層喉襯及其工裝示意圖；

圖5為本發(fā)明中外層喉襯與絕熱環(huán)組裝示意圖；

圖6為本發(fā)明中內層喉襯及其工裝示意圖；

圖7為本發(fā)明中喉襯體結構示意圖。

其中，1—噴管回轉體殼體、2—擴散段回轉體絕熱層、3—絕熱環(huán)、4—回轉體喉襯、5—收斂段絕熱層、6—外層喉襯包容環(huán)、7—內層喉襯包容環(huán)、8—子外層喉襯塊、9—子內層喉襯塊、10—喉襯體、11—喉襯與絕熱環(huán)間隙、12—外層喉襯塊間隙、13—內層喉襯塊間隙、14—喉襯層間間隙、15—內層喉襯內型面、16—喉襯端面、17—外層喉襯外型面、18—外層喉襯內型面、19—內層喉襯外型面。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明：

本發(fā)明所設計的一種固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管，如圖1～7所示，它包括噴管回轉體殼體1、擴散段回轉體絕熱層2、絕熱環(huán)3、回轉體喉襯4和收斂段絕熱層5，其中，噴管回轉體殼體1內側壁的前段與收斂段絕熱層5的外側壁固定連接，噴管回轉體殼體1內側壁的中段與絕熱環(huán)3外側壁固定連接，噴管回轉體殼體1內側壁的后段與擴散段回轉體絕熱層2的外側壁固定連接，回轉體喉襯4的外側壁與絕熱環(huán)3的內側壁固定連接，收斂段絕熱層5的后端與絕熱環(huán)3和回轉體喉襯4的前端固定連接，絕熱環(huán)3和回轉體喉襯4的后端與擴散段回轉體絕熱層2的前端固定連接；

所述回轉體喉襯4的外層喉襯由N塊子外層喉襯塊8周向粘結而成，回轉體喉襯4的內層喉襯由N塊子內層喉襯塊9周向粘結而成，相鄰的兩塊子外層喉襯塊8之間填充D03耐燒蝕密封膩子，相鄰的兩塊子內層喉襯塊9之間也填充D03耐燒蝕密封膩子，每塊子外層喉襯塊8與對應的子內層喉襯塊9之間(喉襯層間間隙14)填充鐵錨101膠粘劑。裝配到位以膩子從縫隙中擠出為準。

上述技術方案中，所述收斂段絕熱層5的后端包裹住回轉體喉襯4的前端。防止外層喉襯塊間隙12和內層喉襯塊間隙13直接暴露在氣流沖擊處，造成發(fā)動機工作失效。

上述技術方案中，所述相鄰的兩塊子外層喉襯塊8之間的連接處與相鄰的兩塊子內層喉襯塊9之間的連接處成錯開分布。上述錯開分布的形式，形成“盲區(qū)”結構，防止串火而直接燒蝕噴管回轉體殼體1，造成發(fā)動機工作失效。

上述技術方案中，所述回轉體喉襯4的外側壁與絕熱環(huán)3的內側壁之間填充鐵錨101膠粘劑。

上述技術方案中，所述N為3～7。

一種上述固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管的制造方法，它包括如下步驟：

步驟1：將規(guī)則長方體喉襯塊，在數控銑床上銑加工成要求的N塊子外層喉襯塊8和N塊子內層喉襯塊9；

步驟2：利用粘接機將N塊子外層喉襯塊8和N塊子內層喉襯塊9拼裝成回轉體喉襯4(通過粘接工藝和專用粘接機加工裝，將喉襯塊拼裝成整體，并將喉襯的機加至所需尺寸)；

步驟3：按照常規(guī)車加工方法，將噴管回轉體殼體1、擴散段回轉體絕熱層2、絕熱環(huán)3和收斂段絕熱層5機加工成型；

步驟4：將回轉體喉襯4的外側壁與絕熱環(huán)3的內側壁之間填充鐵錨101膠粘劑，并將回轉體喉襯4與絕熱環(huán)3粘接成喉襯體10；

步驟5：通過膠粘劑將噴管回轉體殼體1內側壁的前段與收斂段絕熱層5的外側壁粘接，將噴管回轉體殼體1內側壁的中段與絕熱環(huán)3外側壁粘接，將噴管回轉體殼體1內側壁的后段與擴散段回轉體絕熱層2的外側壁粘接，將收斂段絕熱層5的后端與喉襯體10的前端粘接，將喉襯體10的后端與擴散段回轉體絕熱層2的前端粘接，從而形成固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管；

步驟6：將固體火箭發(fā)動機非潛入式噴管與裝藥發(fā)動機、點火裝置連接，進行地面點火試驗，分析子外層喉襯塊8和子內層喉襯塊9的燒蝕率，并與常規(guī)整體喉襯燒蝕率進行對比，對子外層喉襯塊8和子內層喉襯塊9的燒蝕性能進行分析，并進行結構抗熱震可靠性檢測。

上述技術方案中，所述步驟1中子外層喉襯塊8和子內層喉襯塊9在立式加工中心或臥式加工中心上采用數控銑床加工。

上述技術方案的步驟4中，將回轉體喉襯4與絕熱環(huán)3粘接成喉襯體10的具體方法為，首先借用外層喉襯包容環(huán)6粘接回轉體喉襯4的外層喉襯，然后將外層喉襯外型面17與絕熱環(huán)3粘接成一體(在喉襯與絕熱環(huán)間隙11進行粘接)，再通過內層喉襯包容環(huán)7將N塊子內層喉襯塊9粘接組裝成回轉體喉襯4的內層喉襯(與外層喉襯配車內層喉襯外型面19，保證單邊間隙0.1mm)，然后將內層喉襯外型面19與外層喉襯、絕熱環(huán)3進行粘接組裝成喉襯體10(將內層喉襯外型面19涂鐵錨101膠粘劑，內層喉襯塊間隙13涂D03燒蝕膩子，分別組裝至外層喉襯內。待固化后，機加內層喉襯內型面15)。

本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現有技術。