專利名稱：用于具有冷卻式噴管壁的火箭噴管的噴管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于具有冷卻式噴管壁的火箭噴管的噴管結(jié)構(gòu)，其中所述冷卻式噴管壁中包括有大量緊密相間的冷卻通道，這些冷卻通道從所述噴管的入口端部延伸到其出口端部。
這種冷卻式火箭噴管必須帶有一這樣的噴管壁，即該噴管壁不僅質(zhì)輕、堅(jiān)硬，而且還能夠提供均勻的冷卻作用。為了達(dá)到這個(gè)目的，在由金屬材料制成的壁本身中排布有大量的平行冷卻通道。這些冷卻通道既可以通過對壁材料及輔助設(shè)計(jì)措施進(jìn)行機(jī)械加工來制成，也可以通過使得噴管壁本身由連接在一起的大量緊密相間導(dǎo)管制成而形成。另外，所述壁也可以由一由兩種材料制成的復(fù)合層來形成，在該復(fù)合層中通過利用多種方法成形有空腔，這些空腔在復(fù)合狀態(tài)下將形成所述冷卻通道。
前述類型的火箭噴管可以示例性地從US-A-5221045，US-A-5386628，US-A-5233755，US-A-4942653及US-A-3768256中得知。
除了這個(gè)事實(shí)，即利用大量的——數(shù)百根——細(xì)長導(dǎo)管制成一噴管壁不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大而且耗費(fèi)時(shí)間長之外，這種噴管還表現(xiàn)出了其他缺點(diǎn)。因而，如果通過釬焊工藝將所述導(dǎo)管相互連接起來，那么將難以在切線方向上獲得所需的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這種導(dǎo)管也曾經(jīng)被擴(kuò)散焊接在一起，但是在切線方向上仍舊無法獲得可靠的強(qiáng)度。
在這種情況下，利用了多種方式來對噴管壁材料進(jìn)行機(jī)械加工以形成凹槽或者溝槽，并隨后利用另一材料層來對該凹槽或溝槽進(jìn)行包覆或者組合以形成所述冷卻通道，但仍舊難以進(jìn)行最后階段的連接操作，比如通過焊接工藝，因?yàn)樵诖颂幒噶蠈⒈┞对谟衫鋮s劑壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力中。
所有前述公知噴管結(jié)構(gòu)的另外一缺點(diǎn)在于，所使用的材料必須具有所必需的強(qiáng)度，從而該材料將具有一相對較高的密度，比如不銹鋼或者鎳基材料。從而，這些噴管將變得很重。由于噴管的重量將會(huì)降低火箭的有效負(fù)載能力，所以這一點(diǎn)成為了一個(gè)很大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于消除現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，并且不僅提供一種這樣的火箭噴管，該噴管非常易于并且可以更快速地制造，其強(qiáng)度也得以明顯改善，而且提供一種質(zhì)量更輕的噴管。
該目的可以根據(jù)本發(fā)明而得以實(shí)現(xiàn)，其中噴管壁由若干個(gè)長條形壁板組成，這些長條形壁板從噴管的入口端部延伸到其出口端部，并且沿它們的縱向側(cè)邊緣連接在一起，在各個(gè)壁板中形成有大量的所述相鄰冷卻通道，這些通道沿壁板的縱向方向延伸。
很顯然，由于無需進(jìn)行繁重的工作來將大量的細(xì)長導(dǎo)管放置在一起并且隨后沿它們的長度方向?qū)λ鼈冞M(jìn)行連接，所以在時(shí)間上可以明顯縮短。
由于冷卻通道排布在壁板中，所以已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，用于再生冷卻式火箭噴管的噴管壁結(jié)構(gòu)用壁板可以由與先前所使用的金屬完全不同的金屬制成，也就是說利用一種可以被擠壓的金屬，比如鋁、鋁合金或者銅來制成。這又意味著可以獲得額外的工藝簡化和時(shí)間節(jié)約。對于首選的鋁來說，所需的壁板強(qiáng)度可以通過相對于不銹鋼或者鎳基材料增大一定的尺寸來得以保證，但是每單元表面的重量仍舊小于所述材料的每單元表面重量。
試驗(yàn)研究和統(tǒng)計(jì)計(jì)算已經(jīng)證明較高的導(dǎo)熱性能，尤其是鋁的導(dǎo)熱性能，可以使得過熱和熔融的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在特定部位處，近乎不存在。如果需要，所述噴管的內(nèi)側(cè)還可以象本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的那樣包覆一陶瓷隔熱包覆層。
所推薦材料的高導(dǎo)熱性能能夠使得熱應(yīng)力降低。在整個(gè)承載周期內(nèi)噴管的結(jié)構(gòu)保持彈性。通過這種方式，對該發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的設(shè)計(jì)和改進(jìn)也得以簡化。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，由可擠壓材料制成的壁板可以由兩塊壓制而成的壁板部件來制成，該壁板部件上帶有適用的互鎖裝置，以便當(dāng)所述互鎖裝置被沿軸向相互推入時(shí)所述壁板部件可以被鎖合在一起。
現(xiàn)在將參照所附附圖對本發(fā)明的一非限制性例子進(jìn)行描述，其中附

圖1是一根據(jù)本發(fā)明的壁板的局部透視圖，附圖2是沿它們的側(cè)邊緣焊接在一起的兩塊壁板的端部視圖，各個(gè)壁板均包括有兩塊可擠壓的壁板部件，附圖3是被焊接在一起的兩塊壁板的端部視圖，并且在最終成品噴管的承熱側(cè)面上帶有一陶瓷隔熱包覆層，而在另一側(cè)面上帶有增強(qiáng)肋，附圖4是一鐘形火箭噴管的側(cè)視圖，該噴管上帶有呈螺旋形卷繞的壁板，附圖5是被焊接在一起的兩塊壁板的局部透視圖，并且該壁板上帶有一用于將這些壁板夾持在一起的鎖合裝置，附圖6是附圖4中所示部件的放大比例視圖，示出了所述噴管中呈螺旋形卷繞的壁板中的冷卻通道。
附圖1示出了一種根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的壁板11形式的噴管結(jié)構(gòu)。該長條形壁板11用于制成這樣一噴管壁的部件，即該噴管壁的部件用于再生冷卻式火箭噴管或者帶有一冷卻式噴管壁的火箭噴管，并且從該噴管的入口端部一直延伸到其出口端部，該方案是將多個(gè)壁板11縱向焊接在一起，用以形成完整的火箭噴管壁。壁板11帶有多個(gè)相鄰的細(xì)長平行冷卻通道2，在所示出的實(shí)施例中為8個(gè)，該冷卻通道2在壁板的整個(gè)長度上延伸并且具有比如橢圓形的橫剖面。
根據(jù)本發(fā)明的一尤其優(yōu)選的實(shí)施例，在附圖1中所示出的各個(gè)壁板11均一體成形，最好是通過對鋁、鋁合金、銅或者其他可擠壓金屬進(jìn)行壓制而一體成形。
正如在附圖4中示出的那樣，壁板11以螺旋形式從噴管1的入口端部3延伸到其出口端部4。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述壁板11最好沿其側(cè)邊緣7的外側(cè)帶有凸緣5、6。設(shè)置這些凸緣5、6具有三個(gè)目的即用作加強(qiáng)裝置來抵抗最終成形的噴管發(fā)生彎曲；用于在所述壁板之間的接頭或者焊接處提供一材料厚度的局部增加；及用作這樣一裝置，即當(dāng)制造下面將要描述的噴管結(jié)構(gòu)時(shí)用于迫使相鄰壁板在一焊芯(未示出)上連接在一起。
在附圖1中所示出的所述凸緣5、6可以任選性地分別在各個(gè)凸緣的邊緣側(cè)面上帶有一凹槽8和一肋條9，及位于各個(gè)凸緣中朝向內(nèi)側(cè)的槽口10。
分別位于一個(gè)壁板11兩凸緣上的凹槽8和肋條9適于分別與相鄰壁板的凸緣上相應(yīng)的肋條和凹槽相嚙合，在將壁板相互焊接在一起的時(shí)侯將所述壁板在一未示出的焊芯上相互對齊。
附圖2示出了根據(jù)本發(fā)明焊接在一起的兩塊壁板21的第二實(shí)施例。各個(gè)壁板21這樣制成，即首先由不同或者相同材料來壓制成形壁板部件23、24，隨后將所述壁板部件沿軸向進(jìn)行推送，用以嵌套在一起，最好是通過輪廓造型而夾持在一起，比如通過燕尾接頭或者類似的互鎖裝置而夾持在一起。在附圖2中所示出的壁板部件23、24各個(gè)均在其中一側(cè)面上帶有比如預(yù)定數(shù)目的板條和凹槽，這些板條和凹槽均沿該壁板部件的縱向延伸。在其中一個(gè)壁板部件24上的板條26遠(yuǎn)高于另一壁板部件23上的板條25，以便當(dāng)嵌套在一起的時(shí)候可以在壁板部件23、24之間余留出通道22。在附圖2中所示出的上壁板部件23構(gòu)成了噴管的冷卻外側(cè)面，并且大體上形成了該噴管中的承載部件，與此同時(shí)下壁板部件正好迎著火焰并且適用于傳導(dǎo)熱量。由此所制成的復(fù)合壁板21沿它們的縱向側(cè)面被從外部焊接在一起，用以形成所述噴管，而位于該噴管內(nèi)側(cè)面上的壁板也必須被焊接在一起。當(dāng)火箭噴管中的冷卻通道22具有較小的橫剖面時(shí)，該附圖2所示出的實(shí)施例中沒有凸緣5、6(參見附圖1)，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯然可以看出，該實(shí)施例也可以如前所述那樣帶有相應(yīng)的凸緣。
附圖3示出了第一實(shí)施例的一變型實(shí)施例，其中壁板11在用于形成所述噴管外側(cè)面的那一部件上帶有增強(qiáng)肋12，該增強(qiáng)肋12用于增強(qiáng)所述噴管的剛度并且用于傳導(dǎo)熱量。
該附圖還示出了所述壁板可以在噴管的內(nèi)側(cè)面上被焊接在一起，用以增強(qiáng)所述噴管的剛度，但該方案在第二實(shí)施例中并非是必需的。
在第一或者第二實(shí)施例中的壁板帶有凸緣5、6的情況下，如附圖5中所示的一個(gè)縱向鎖合裝置13可以滑套于結(jié)合在一起的所述凸緣上，從所述噴管的出口端部開始直至該噴管的大約一半高度處，即跨越了應(yīng)力最大的區(qū)域，并且該鎖合裝置被焊接在所述凸緣上。
附圖6以較大比例示出了形成所述噴管壁的壁板，在其中形成有多個(gè)冷卻通道2。
本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員顯然可以看出前述類型的火箭噴管可以在其內(nèi)側(cè)面上帶有一隔熱包覆層14。
在根據(jù)前述實(shí)施例的壁板中，冷卻通道壁中位于噴管承熱側(cè)面上的部分可以在冷卻通道內(nèi)部帶有未示出的表面增加裝置，用于提高冷卻效率及降低所述材料的溫度。
雖然，根據(jù)本發(fā)明的壁板非常適合于制造帶有一冷卻式噴管壁的鐘形火箭噴管，但是本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員顯然可以看出，也可以利用所述壁板來制造比如空氣點(diǎn)火噴管(aero-spike nozzles)(帶塞體的噴管(plug nozzles))或者錐形噴管。
一種制造帶有內(nèi)埋冷卻通道式噴管壁(a cooling-channel-equippednozzle wall)的再生冷卻式鐘形火箭噴管的方法，將在下文中進(jìn)行簡要描述，其中所述噴管壁由根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的壁板制成，并且這些壁板沿該噴管壁呈螺旋形延伸在第一步驟中，將直線型或者經(jīng)過預(yù)先形成螺旋形的壁板以微小的切向間隙安裝在一未示出的鐘形焊芯的小端部外側(cè)，該焊芯具有與最終成品噴管相同的形狀。用于常規(guī)類型噴管的壁板數(shù)目為40至80個(gè)，其可與當(dāng)今利用420根導(dǎo)管所制成的那種噴管相媲美。通過調(diào)整壁板與該噴管軸線之間的角度可以消除壁板之間的切向間隙。
在第二步驟中，在所述壁板的側(cè)邊緣上帶有凸緣的情況下，用于將壁板相互安裝在一起的裝置可以從所述焊芯的小端部處滑套到所述凸緣上，該裝置比如可以包括有一套“先驅(qū)”裝置，該“先驅(qū)”裝置可以局部地將所述壁板夾持在一起。與此同時(shí)，旋轉(zhuǎn)所述焊芯來引起所述壁板發(fā)生螺旋。隨后，將所述“先驅(qū)”裝置沿凸緣進(jìn)一步下拉，并且利用一套新的裝置，來由該裝置將所述壁板完全結(jié)合并安裝在一起。相鄰壁板中的凹槽和肋條(參見附圖1)相互嚙合并且將所述壁板沿軸向進(jìn)行固定，及在第三步驟中，將所述噴管壁板中的第一部件(小端)焊接在一起，隨后利用步驟2和3對該方法進(jìn)行重復(fù)。
權(quán)利要求
1.用于具有冷卻式噴管壁的火箭噴管的噴管結(jié)構(gòu)，其中所述噴管壁包括有大量緊密相間的冷卻通道(2；22)，這些冷卻通道(2；22)從所述噴管的入口端部(3)延伸到其出口端部(4)，其特征在于所述噴管壁由若干塊長條形壁板(11；21)組成，這些壁板(11；21)從所述噴管的入口端部延伸到其出口端部，并且在它們的縱向側(cè)邊緣(7)處被連接在一起，在各個(gè)壁板(11；21)中形成有大量的所述相鄰冷卻通道(2；22)，這些冷卻通道(2；22)沿所述壁板(11；21)的縱向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴管結(jié)構(gòu)，尤其是用于鐘形或者錐形火箭噴管的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁板(11；21)以螺旋形排布在所述噴管側(cè)壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的噴管結(jié)構(gòu)，尤其是用于再生冷卻式火箭噴管的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁板(11；21)由可擠壓的金屬制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁板(11；21)由鋁、鋁合金、銅或者其他可擠壓的金屬制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁板(11)被一體制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，各個(gè)壁板(21)均包括有兩塊疊合的壁板部件(23、24)，各個(gè)壁板部件(23、24)在其一側(cè)面上帶有一預(yù)定數(shù)目的互鎖裝置(25、26)，以便在沿軸向滑動(dòng)來對它們進(jìn)行組裝后，該互鎖裝置可以將所述壁板部件保持在一起，這些互鎖裝置沿所述壁板部件(23、24)的縱向延伸，位于其中一個(gè)壁板部件(24)上的互鎖裝置(26)的高度大于另一壁板部件(23)上互鎖裝置(25)的高度，從而在所述壁板部件(23，24)被組裝好的狀態(tài)下，由壁板部件(24)中的凹槽底部與另一壁板部件(23)中互鎖裝置(25)的上部件之間形成通道(22)，其中所述壁板部件(24)帶有高度較大的互鎖裝置(26)，而所述互鎖裝置(25)的高度較小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一所述的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壁板(11；21)上的側(cè)邊緣(7)帶有凸緣(5、6)，該凸緣(5、6)又具有用于將相鄰壁板(11；21)對齊的裝置(8、9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一所述的噴管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴管(1)的內(nèi)側(cè)包覆有一隔熱包覆層(14)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于具有一冷卻式噴管壁的火箭噴管的噴管結(jié)構(gòu),其中所述噴管壁包括大量緊密相間的冷卻通道(2),這些通道(2)從該噴管的入口端部延伸到其出口端部。為了有利于制造所述冷卻式噴管壁,根據(jù)本發(fā)明,所述噴管壁由若干塊從噴管的入口端部延伸到其出口端部的長條形壁板(11)制成,并且在它們的縱向側(cè)邊緣(7)處被連接在一起,其中在各個(gè)壁板中均形成大量的所述冷卻通道(2),這些冷卻通道(2)沿壁板(11)的縱向延伸。
文檔編號F02K9/64GK1322276SQ9881433
公開日2001年11月14日 申請日期1998年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月27日
發(fā)明者揚(yáng)·哈格甘德 申請人:沃爾沃航空有限公司