一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及火箭沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]作為未來空天往返飛行器最具前景和潛力的動力裝置，火箭基組合循環(huán)(Rocket-Based-Combined-Cycle, RBCC)發(fā)動機(jī)是將沖壓發(fā)動機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)有機(jī)的組合在同一流道內(nèi)，兼顧二者優(yōu)點(diǎn)。不僅提高了發(fā)動機(jī)的性能，同時可以實(shí)現(xiàn)從零速起飛到高超聲速飛行，甚至直接完成入軌，大大拓寬了飛行器的速度-高度飛行包線?；鸺M合循環(huán)發(fā)動機(jī)工作過程包含引射模態(tài)、亞燃沖壓模態(tài)、超燃沖壓模態(tài)和純火箭模態(tài)。亞燃沖壓模態(tài)需要通過先收縮后擴(kuò)張的流道將亞聲速燃?xì)饧铀僦脸曀?；而超燃沖壓模態(tài)則需要直擴(kuò)通道完成對燃?xì)獬曀俚募铀佟２捎米兘Y(jié)構(gòu)燃燒室是解決上述矛盾的一種有效技術(shù)手段。變結(jié)構(gòu)燃燒室是通過變幾何的方法調(diào)整流道形狀從而使發(fā)動機(jī)流道適應(yīng)相應(yīng)的工作狀態(tài)。
[0003]對于變幾何火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)而言，其工作環(huán)境為高溫高壓環(huán)境。溫度高達(dá)2000K，壓強(qiáng)最大可達(dá)0.6MPa。為防止燃燒室流道內(nèi)的高溫燃?xì)庑孤秾︼w行器的其它結(jié)構(gòu)造成破壞，必須對發(fā)動機(jī)流道的密封性提出較高要求。為解決這一技術(shù)難題，NASP在文南犬〈〈Evaluat1n of an Innovative High Temperature Ceramic Wafer Seal forHypersonic Engine Applicat1ns》中提出高溫陶瓷片動密封以及編織纖維繩狀結(jié)構(gòu)密封，但這兩種密封方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)加工難度大，而且成本較高。對于工作時間較短的地面試驗(yàn)發(fā)動機(jī)而言，采用上述兩種方案會導(dǎo)致研究成本過高，而且不易實(shí)現(xiàn)。
[0004]變結(jié)構(gòu)技術(shù)在整個飛行包線內(nèi)為火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)性能的提升具有廣闊應(yīng)用前景。對于變結(jié)構(gòu)燃燒室而言，其工作過程中產(chǎn)生的高溫高壓的環(huán)境對流道的密封結(jié)構(gòu)提出新的技術(shù)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)；采用接觸式密封及非接觸式密封相結(jié)合的方式，解決高溫高壓動密封的技術(shù)難題，密封結(jié)構(gòu)既能滿足地面試驗(yàn)發(fā)動機(jī)密封要求，同時具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括燃燒室固定段、燃燒室可變段、內(nèi)腔底板，其特征在于還包括第一頂板、第二頂板、第三頂板、轉(zhuǎn)軸、橫向凹槽、迷宮通道、圓弧凹槽、縱向凹槽，發(fā)動機(jī)燃燒室為矩形結(jié)構(gòu)，燃燒室固定段位于燃燒室可變段前端部，且與燃燒室可變段通過連接發(fā)蘭固連，連接法蘭端面有密封槽，燃燒室固定段內(nèi)腔底板與燃燒室可變段內(nèi)腔底板為一體結(jié)構(gòu)，燃燒室內(nèi)腔底板兩側(cè)邊開有密封槽，燃燒室側(cè)板與燃燒室內(nèi)腔底板固連，第一頂板、第二頂板、第三頂板通過轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽配合，依次相連形成燃燒室可變段內(nèi)腔頂板；
[0007]所述圓弧凹槽內(nèi)底部開有縱向凹槽，縱向凹槽內(nèi)嵌入石墨條，轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽配合形成機(jī)械密封，縱向凹槽內(nèi)石墨條與轉(zhuǎn)軸之間形成填料密封；
[0008]所述第一頂板、所述第二頂板、所述第三頂板上分別開有迷宮通道，各頂板與側(cè)板之間實(shí)現(xiàn)平動動密封；各頂板側(cè)面開有橫向凹槽位于迷宮通道的上面，且分別平行于頂板平面，橫向凹槽內(nèi)嵌入紫銅條，橫向凹槽內(nèi)紫銅條與側(cè)板之間形成填料密封；頂板之間連接處端面由兩頂板的紫銅條貼合形成機(jī)械密封。
[0009]有益效果
[0010]本發(fā)明提出的火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)，采用接觸式密封及非接觸式密封相結(jié)合的方式，解決高溫高壓動密封的技術(shù)難題；密封結(jié)構(gòu)包括鉸鏈連接處轉(zhuǎn)動動密封、燃燒室各頂板與側(cè)板之間的平動動密封。燃燒室固定段與燃燒室可變段通過連接發(fā)蘭固連，連接法蘭端面有密封槽；燃燒室內(nèi)腔底板兩側(cè)邊有密封槽，燃燒室側(cè)板與燃燒室內(nèi)腔底板固連；各頂板通過轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽配合依次相連形成燃燒室可變段內(nèi)腔頂板，轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽配合形成機(jī)械密封；縱向凹槽內(nèi)的石墨條與轉(zhuǎn)軸之間形成填料密封，實(shí)現(xiàn)接觸式密封組合；燃燒室可變段的各頂板上分別開有迷宮通道，各頂板與側(cè)板之間實(shí)現(xiàn)平動動密封；各頂板側(cè)面開有橫向凹槽內(nèi)嵌入紫銅條，橫向凹槽內(nèi)紫銅條與側(cè)板之間形成填料密封；頂板之間連接處端面由兩頂板的紫銅條貼合形成機(jī)械密封。
[0011]本發(fā)明提出的火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)既能滿足地面試驗(yàn)發(fā)動機(jī)密封要求，同時又具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0013]圖1為本發(fā)明火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為燃燒室可變段的第一頂板。
[0015]圖3為圖1中區(qū)域5的放大圖。
[0016]圖中:
[0017]1.燃燒室固定段2.第一頂板3.第二頂板4.第三頂板5.鉸鏈連接部分6.轉(zhuǎn)軸7.橫向凹槽8.迷宮通道9.圓弧凹槽10.縱向凹槽11.燃燒室可變段12.內(nèi)腔底板
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)施例是一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)。
[0019]參閱圖1?圖3，火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)包括鉸鏈連接處的轉(zhuǎn)動動密封以及上頂板與側(cè)板間的平動動密封。
[0020]發(fā)動機(jī)變幾何結(jié)構(gòu)燃燒室動密封結(jié)構(gòu)由燃燒室固定段1、燃燒室可變段11、內(nèi)腔底板12、第一頂板2、第二頂板3、第三頂板4、轉(zhuǎn)軸6、橫向凹槽7、迷宮通道8、圓弧凹槽9、縱向凹槽10及側(cè)板組成。整個發(fā)動機(jī)燃燒室為矩形結(jié)構(gòu)，燃燒室固定段I安裝在燃燒室可變段11前端部，且與燃燒室可變段11通過連接發(fā)蘭固連，連接法蘭端面有密封槽，燃燒室固定段I內(nèi)腔底板與燃燒室可變段內(nèi)腔底板12為一體結(jié)構(gòu)，燃燒室內(nèi)腔底板12兩側(cè)邊開有密封槽，燃燒室側(cè)板與燃燒室內(nèi)腔底板通過螺栓固定連接，第一頂板2、第二頂板3、第三頂板4通過轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽9配合，依次相連接形成燃燒室可變段內(nèi)腔頂板。圓弧凹槽9內(nèi)底部開有縱向凹槽10，縱向凹槽10內(nèi)嵌入石墨條，轉(zhuǎn)軸6與圓弧凹槽9配合相互貼合形成機(jī)械密封，縱向凹槽10內(nèi)石墨條與轉(zhuǎn)軸6之間形成填料密封，實(shí)現(xiàn)接觸式密封組合。第一頂板2、第二頂板3、第三頂板4分別開有迷宮通道，各頂板與側(cè)板之間實(shí)現(xiàn)平動動密封；各頂板側(cè)面開有橫向凹槽7位于迷宮通道8的上面，且分別平行于頂板平面；橫向凹槽7內(nèi)嵌入紫銅條，橫向凹槽內(nèi)的紫銅條與側(cè)板之間形成填料密封；頂板之間連接處端面由兩頂板上的紫銅條貼合形成機(jī)械密封。
[0021]本實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封包括轉(zhuǎn)軸6與各頂板上的圓弧凹槽9配合連接處的轉(zhuǎn)動動密封，以及各頂板與側(cè)板間的平動動密封。通過多種密封方式的組合保證發(fā)動機(jī)燃燒室各點(diǎn)至少有一道密封阻止高溫燃?xì)庑孤丁?br>[0022]安裝流程:
[0023]首先將燃燒室固定段I安裝在試驗(yàn)臺上，在燃燒室可變段11的第一頂板2、第二頂板3和第三頂板4端部縱向凹槽10內(nèi)嵌入石墨條，安裝過程中需保證石墨條略高于縱向凹槽10，以達(dá)到密封效果。將燃燒室可變段的第一頂板2轉(zhuǎn)軸放入燃燒室固定段圓弧凹槽9內(nèi)，將第一頂板2固定，按照同樣的方法依次連接第二頂板3及第三頂板4 ;然后，在各頂板的橫向凹槽7內(nèi)分別嵌入紫銅條，安裝過程中紫銅條需略高于橫向凹槽7，并且保證兩段紫銅條連接處貼合良好。最后將燃燒室側(cè)板與燃燒室內(nèi)腔底板及上壓板通過螺栓固定連接，并施加一定的預(yù)緊力。
[0024]安裝完成后，通過作動機(jī)構(gòu)對燃燒室結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保燃燒室安裝滿足結(jié)構(gòu)變化要求。使用堵蓋堵住燃燒室尾部，此時燃燒室被看做一密閉容器，通入6個大氣壓，1500K的高溫氮?dú)?，通過作動機(jī)構(gòu)對燃燒室結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時通過發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)氮?dú)鈮簭?qiáng)的變化檢驗(yàn)動密封效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)，包括燃燒室固定段、燃燒室可變段、內(nèi)腔底板，其特征在于:還包括第一頂板、第二頂板、第三頂板、轉(zhuǎn)軸、橫向凹槽、迷宮通道、圓弧凹槽、縱向凹槽，發(fā)動機(jī)燃燒室為矩形結(jié)構(gòu)，燃燒室固定段位于燃燒室可變段前端部，且與燃燒室可變段通過連接發(fā)蘭固連，連接法蘭端面有密封槽，燃燒室固定段內(nèi)腔底板與燃燒室可變段內(nèi)腔底板為一體結(jié)構(gòu)，燃燒室內(nèi)腔底板兩側(cè)邊開有密封槽，燃燒室側(cè)板與燃燒室內(nèi)腔底板固連，第一頂板、第二頂板、第三頂板通過轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽配合，依次相連形成燃燒室可變段內(nèi)腔頂板； 所述圓弧凹槽內(nèi)底部開有縱向凹槽，縱向凹槽內(nèi)嵌入石墨條，轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽配合形成機(jī)械密封，縱向凹槽內(nèi)石墨條與轉(zhuǎn)軸之間形成填料密封； 所述第一頂板、所述第二頂板、所述第三頂板上分別開有迷宮通道，各頂板與側(cè)板之間實(shí)現(xiàn)平動動密封；各頂板側(cè)面開有橫向凹槽位于迷宮通道的上面，且分別平行于頂板平面，橫向凹槽內(nèi)嵌入紫銅條，橫向凹槽內(nèi)紫銅條與側(cè)板之間形成填料密封；頂板之間連接處端面由兩頂板的紫銅條貼合形成機(jī)械密封。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火箭基組合循環(huán)發(fā)動機(jī)變幾何燃燒室動密封結(jié)構(gòu)，采用接觸式密封及非接觸式密封相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)鉸鏈連接處轉(zhuǎn)動動密封、燃燒室各頂板與側(cè)板之間的平動動密封。其中,燃燒室固定段與燃燒室可變段連接法蘭端面開有密封槽,燃燒室內(nèi)腔底板兩側(cè)邊開有密封槽；燃燒室可變段內(nèi)腔各頂板通過轉(zhuǎn)軸與圓弧凹槽相連形成機(jī)械密封,縱向凹槽內(nèi)的石墨條與轉(zhuǎn)軸間形成填料密封；燃燒室可變段各頂板開有迷宮通道，各頂板與側(cè)板間實(shí)現(xiàn)平動動密封；各頂板側(cè)面的橫向凹槽內(nèi)的紫銅條與側(cè)板間形成填料密封；頂板之間連接處由兩頂板的紫銅條貼合形成機(jī)械密封。密封結(jié)構(gòu)既滿足發(fā)動機(jī)密封要求，又具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】F02K9/62
【公開號】CN105179107
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】魏祥庚, 潘宏亮, 秦飛, 王超月, 鄒祥瑞, 葉進(jìn)穎
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月9日