本發(fā)明屬于固體火箭發(fā)動機，具體涉及一種基于附面層效應(yīng)的耐燒蝕噴管。

背景技術(shù)：

1、固體火箭發(fā)動機燃燒室內(nèi)燃?xì)鉁囟容^高，可達(dá)到3200k左右，且燃?xì)庵型写罅磕巯嗔Ｗ?，發(fā)動機工作過程中含有大量凝聚相粒子的高溫燃?xì)饨?jīng)拉瓦爾噴管由亞聲速加速至超聲速排出產(chǎn)生推力，該過程中高溫燃?xì)獠豢杀苊獾囊砸欢ǖ慕嵌戎苯記_刷燒蝕噴管收斂段內(nèi)襯，極易導(dǎo)致噴管收斂段內(nèi)襯快速燒穿而失效，尤其是當(dāng)發(fā)動機經(jīng)歷橫向高過載時，燃?xì)饧澳巯嗔Ｗ訉姽苁諗慷蔚臎_刷燒蝕急劇增加，使得噴管失效風(fēng)險顯著升高。為保證固體火箭發(fā)動機可靠工作，噴管收斂段的熱防護(hù)必不可缺。

2、公開號為cn110080909b的專利公開了一種固體火箭發(fā)動機的噴管，其包括收斂段絕熱層、擴散段絕熱層和殼體承力層，殼體承力層包括抵接于收斂段絕熱層的第一段以及與第一段相連的第二段，第二段與擴散段絕熱層相連，第一段的外壁凸設(shè)有粘結(jié)頭，粘結(jié)頭的兩側(cè)分別用于與燃燒室殼體的內(nèi)壁和燃燒室絕熱層粘接相連，第一段的外壁用于與燃燒室殼體相抵接。該發(fā)明專利中，在噴管收斂段內(nèi)壁設(shè)計較厚的收斂段絕熱層，通過絕熱層被動熱防護(hù)抵抗發(fā)動機工作過程中燃?xì)鈱姽苁諗慷蔚臒g與粒子沖刷，從而實現(xiàn)噴管收斂段的熱防護(hù)，該方法是目前固體火箭發(fā)動機慣用的熱防護(hù)技術(shù)途徑。然而，當(dāng)發(fā)動機采用金屬含量較高的推進(jìn)劑以及發(fā)動機承受高過載時，僅通過絕熱層被動熱防護(hù)難以完全抵抗燃?xì)獾臎_刷燒蝕，導(dǎo)致發(fā)動機質(zhì)量可靠性降低甚至面臨噴管燒穿的風(fēng)險。

3、因此迫切需要一種收斂段具有耐燒蝕性能的噴管，削弱燃?xì)鈱姽苁諗慷蔚臎_刷燒蝕破壞，從而提高發(fā)動機質(zhì)量可靠性，尤其是在發(fā)動機采用高能高金屬含量推進(jìn)劑以及高過載條件下。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題：

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種基于附面層效應(yīng)的耐燒蝕噴管，在殼體外安裝低燃溫燃?xì)獍l(fā)生器，通過低燃溫燃?xì)獍l(fā)生器在收斂段內(nèi)襯壁面釋放低燃溫推進(jìn)劑燃?xì)庑纬筛矫鎸樱瑥亩鲃酉魅醢l(fā)動機高溫燃?xì)鈱姽苁諗慷蝺?nèi)襯的沖刷燒蝕。解決現(xiàn)有噴管收斂段采用絕熱層被動熱防護(hù)，在發(fā)動機采用金屬含量較高的推進(jìn)劑以及發(fā)動機承受高過載時，收斂段絕熱層難以抵御發(fā)動機燃?xì)獾臎_刷燒蝕的問題。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于附面層效應(yīng)的耐燒蝕噴管，包括殼體和貼敷于殼體內(nèi)壁用于絕熱防護(hù)的內(nèi)襯；所述殼體為整體回轉(zhuǎn)筒體，設(shè)有收斂段和直筒段，貼敷于收斂段的內(nèi)襯為收斂段內(nèi)襯，貼敷于直筒段的內(nèi)襯為直筒段內(nèi)襯；

4、在殼體的直筒段外徑靠近收斂段處設(shè)有燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體，用于安裝燃?xì)獍l(fā)生器；所述殼體的收斂段內(nèi)壁設(shè)有凹陷部，凹陷部與收斂段內(nèi)襯之間形成空腔；所述燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體面向殼體收斂段一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有多個第一通孔，所述第一通孔貫通燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體內(nèi)腔及凹陷部；所述收斂段內(nèi)襯沿殼體軸向設(shè)有多個貫通至空腔的第二通孔；所述安裝燃?xì)獍l(fā)生器用于產(chǎn)生800-1500k的低燃溫燃?xì)?，低溫燃?xì)饬鹘?jīng)第一通孔和第二通孔，在收斂段內(nèi)襯背向殼體收斂段的壁面形成附面層，用于抵御發(fā)動機高溫燃?xì)獾臎_刷燒蝕。

5、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體與所述殼體為整體式結(jié)構(gòu)，燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體為一側(cè)敞口的環(huán)狀殼體，由前側(cè)板、外環(huán)板和殼體直筒段的一段外壁構(gòu)成；所述前側(cè)板面向殼體的收斂段并與之結(jié)構(gòu)融合，所述外環(huán)板與殼體的直筒段同軸，所述燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體與前側(cè)板相對的一側(cè)敞口；多個所述第一通孔在前側(cè)板的同一圓周上均布。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述內(nèi)凹部沿殼體的收斂段內(nèi)壁周圈成環(huán)狀設(shè)置，內(nèi)凹部整體與殼體同軸；所述內(nèi)凹部與收斂段內(nèi)襯之間形成截面不規(guī)則的環(huán)狀空腔。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：多個所述第二通孔分布在收斂段內(nèi)襯的周圈，且與殼體軸線平行；第二通孔設(shè)有錐孔段和直孔段，所述錐孔段位于收斂段內(nèi)襯遠(yuǎn)離凹陷部一端，所述直孔段接入凹陷部；錐孔段用于安裝密封塞，所述密封塞用于在燃?xì)獍l(fā)生器未工作時封堵第二通孔。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述燃?xì)獍l(fā)生器包括絕熱層、點火藥盒、點火螺紋塞、包覆套、藥柱和封頭；所述絕熱層粘貼于燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體內(nèi)腔壁，用于絕熱防護(hù)；所述前側(cè)板上設(shè)有兩個螺紋孔，用于安裝點火螺紋塞；所述點火藥盒為環(huán)狀，膠粘于貼覆有絕熱層的前側(cè)板內(nèi)壁，點火藥盒的點火線與點火螺紋塞的導(dǎo)線接通，點火螺紋塞與點火藥盒配合用于藥柱點火；所述藥柱為低燃溫固體推進(jìn)劑藥柱，其結(jié)構(gòu)為截面為矩形的環(huán)狀，藥柱安裝于燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體內(nèi)腔，藥柱面向點火藥盒一面為燃燒面，藥柱其余面通過包覆套包覆限燃；所述封頭通過密封固定組件安裝于燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體的敞口端，用于封閉燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體的敞口。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述密封固定組件包括外螺紋壓環(huán)、內(nèi)螺紋壓環(huán)、第三密封圈和第四密封圈；所述封頭為環(huán)狀板，其內(nèi)壁沿軸向設(shè)有環(huán)狀凸臺，凸臺與封頭的內(nèi)、外徑之間形成限位臺階面，所述限位臺階面與燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體敞口端設(shè)置的限位環(huán)相抵；所述限位環(huán)用于限制封頭向藥柱方向移動；所述第三密封圈和第四密封圈分別位于凸臺的外徑和內(nèi)徑處，用于凸臺與限位環(huán)接觸面處的密封；所述外螺紋壓環(huán)嵌入外環(huán)板內(nèi)，并與外環(huán)板螺紋連接；所述內(nèi)螺紋壓環(huán)套于直筒段外徑，并與直筒段螺紋連接；外螺紋壓環(huán)、內(nèi)螺紋壓環(huán)共面安裝，均用于固定封頭。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述收斂段內(nèi)襯、直筒段內(nèi)襯為一體式結(jié)構(gòu)，同軸嵌入殼體內(nèi)腔，收斂段內(nèi)襯、直筒段內(nèi)襯分別與殼體的收斂段、直筒段內(nèi)壁面膠粘固定；所述收斂段內(nèi)襯遠(yuǎn)離直筒段內(nèi)襯的一端為發(fā)動機燃?xì)馊肟诙?，收斂段?nèi)襯靠近燃?xì)馊肟诙说耐鈴教幇惭b有第一密封圈，與殼體的收斂段內(nèi)壁密封；所述直筒段內(nèi)襯外徑安裝有第二密封圈，與殼體的直筒段內(nèi)壁密封。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述耐燒蝕噴管還包括擴張段殼體、擴張段內(nèi)襯和噴管喉襯；所述擴張段殼體為回轉(zhuǎn)殼體，其一端與殼體的直筒段遠(yuǎn)離收斂段的一端螺紋連接，另一端為擴張式敞口結(jié)構(gòu)；所述擴張段殼體內(nèi)壁貼敷有擴張段內(nèi)襯，用于絕熱防護(hù)；所述噴管喉襯位于直筒段內(nèi)襯和擴張段內(nèi)襯之間，與二者同軸且面接觸，用于噴管喉部的絕熱防護(hù)。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述殼體的直筒段內(nèi)壁同軸設(shè)有等徑部和錐孔部，等徑部靠近殼體的收斂段，所述直筒段內(nèi)襯安裝于等徑部；所述錐孔部位于靠近擴張段殼體一端，用于和噴管喉襯的錐狀外壁面配合；所述錐孔部的錐孔沿靠近擴張段殼體方向收縮。

13、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述擴張段殼體與直筒段螺紋連接處設(shè)有第五密封圈，用于二者連接處的氣密性防護(hù)。

14、有益效果

15、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明一種基于附面層效應(yīng)的耐燒蝕噴管，在噴管外安裝低燃溫燃?xì)獍l(fā)生器，燃?xì)獍l(fā)生器的環(huán)狀燃燒室殼體與噴管殼體的收斂段、直筒段集成設(shè)計為一體結(jié)構(gòu)，燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體內(nèi)腔通過多個第一通孔與殼體收斂段設(shè)置的凹陷部貫通，收斂段內(nèi)襯沿軸向設(shè)有貫通外端面與內(nèi)凹部空腔的多個第二通孔，位于燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體內(nèi)的燃?xì)獍l(fā)生器點火工作后產(chǎn)生的低燃溫燃?xì)饨?jīng)第一通孔和第二通孔噴出，在收斂段內(nèi)襯外壁面形成附面層，從而主動保護(hù)收斂段內(nèi)襯不被發(fā)動機高溫燃?xì)鉀_刷燒蝕，實現(xiàn)噴管收斂段(包含收斂段內(nèi)襯和殼體的收斂段)在較薄的絕熱內(nèi)襯條件下仍具有較高的可靠性，在發(fā)動機采用金屬含量較高的推進(jìn)劑以及發(fā)動機過載時，顯著提高噴管收斂段內(nèi)襯抗沖刷燒蝕能力，防止噴管收斂段燒穿，保證了發(fā)動機正常工作。

16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

17、1.燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的低燃溫燃?xì)猓瑥膰姽苁諗慷蝺?nèi)襯的第二通孔噴出并在噴管收斂段內(nèi)襯表面形成附面層，能夠降低發(fā)動機燃燒室高溫燃?xì)庀驀姽軆?nèi)襯表面的流動，削弱高溫燃?xì)馀c噴管收斂段內(nèi)襯表面間的對流傳熱，提高噴管收斂段內(nèi)襯耐燒蝕性能。

18、2.燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的低燃溫燃?xì)?，從噴管收斂段?nèi)襯的第二通孔噴出并在噴管收斂段內(nèi)襯表面形成附面層，能夠降低高溫燃?xì)庵械哪巯嗔Ｗ酉驀姽苁諗慷蝺?nèi)襯表面的沖擊速度，從而提高噴管收斂段內(nèi)襯抗粒子沖刷性能。

19、3.本發(fā)明第二通孔端部設(shè)有錐孔段，通過安裝密封塞封堵第二通孔，使得在燃?xì)獍l(fā)生器未點火工作時，所有第二通孔處于封堵狀態(tài)，能夠有效避免燃?xì)獍l(fā)生器未工作時，發(fā)動機高溫燃?xì)庀颦h(huán)形燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室流動，從而保證燃?xì)獍l(fā)生器的高可靠性。當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生器工作時，燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室殼體內(nèi)的低溫燃?xì)猱a(chǎn)生的氣壓可單向沖開密封塞，不影響在噴管收斂段內(nèi)襯表面形成附面層。

20、4.本發(fā)明第二通孔可根據(jù)發(fā)動機高溫過載時局部燒蝕的嚴(yán)重情況設(shè)置其數(shù)量及分布位置，從而調(diào)節(jié)從第二通孔噴出的低燃溫燃?xì)獾牧髁糠植?。在燒蝕嚴(yán)重區(qū)域可提高第二通孔的布置密度，從而提高低溫燃?xì)庠谠搮^(qū)域的附面層厚度，從而提高噴管收斂段內(nèi)襯局部耐燒蝕能力。

21、5.本發(fā)明第一通孔的直徑可根據(jù)需要設(shè)置，通過改變第一通孔的直徑，能夠使燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生的低燃溫燃?xì)馔ㄟ^各第一通孔均達(dá)到壅塞，使得環(huán)形燃?xì)獍l(fā)生器燃燒室壓強穩(wěn)定，從而避免低燃溫推進(jìn)劑燃速波動，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)形燃?xì)獍l(fā)生器向收斂段內(nèi)襯噴注的低燃溫燃?xì)饬髁亢愣ǎ瑥亩饶芴岣邍姽苁諗慷蝺?nèi)襯的耐燒蝕能力，還能保證低燃溫燃?xì)庾⑷氩挥绊懓l(fā)動機主裝藥的穩(wěn)定燃燒。