一种火箭发动机喷管及其成形方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115992781A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202310099648.8(22)申请日2023.02.03(71)申请人武汉理工大学地址430070湖北省武汉市洪山区珞狮路122号(72)发明人陈一哲赵世龙王辉华林(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师孙玲(51)Int.Cl.F02K9/97(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种火箭发动机喷管及其成形方法(57)摘要本发明公开一种火箭发动机喷管及其成形方法，火箭发动机喷管由内层金属管和外层复合材料管叠套而成，由于外层管采用复合材料制成，相比现有外层管选用金属制造，在保证喷管精度、性能的前提下，显著降低了喷管重量，达到了航空航天构件轻量化的目的；内层金属管和外层复合材料管之间采用环氧树脂固化连接，相比焊接，增强了喷管层间界面连接强度，避免了金属层之间因焊接产生焊缝而导致的冷却液泄漏，喷管成品稳定性较差，进而无法满足深空探测时火箭发动机长时间工作要求的问题。火箭发动机喷管成形方法工序少，生产周期短，进而可提升生产效率；采用该火箭发动机喷管成形方法成形的火箭发动机喷管质量轻，稳定性好。CN115992781ACN115992781A权利要求书1/2页1.一种火箭发动机喷管，其特征在于，包括：内层金属管，所述内层金属管上设置有冷却通道；外层复合材料管，所述外层复合材料管套设于所述内层金属管的外部，且所述外层复合材料管的内表面通过树脂与所述内层金属管的外表面固化连接。2.根据权利要求1所述的火箭发动机喷管，其特征在于，所述冷却通道开设于所述内层金属管的外表面，所述冷却通道沿所述内层金属管的轴向分布，且所述冷却通道的一端贯穿所述内层金属管的小头端设置，所述冷却通道的另一端与所述内层金属管的大头端间隔布置；所述内层金属管的外表面沿其周向开设有多条所述冷却通道。3.根据权利要求1或2所述的火箭发动机喷管，其特征在于，所述内层金属管为不锈钢管、铜合金管或高温合金管；所述外层复合材料管为碳纤维管。4.一种火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，包括步骤：S1、制备内层金属管；S2、在所述内层金属管的外表面加工形成冷却通道；S3、采用三维编织机在所述内层金属管的外表面编织复合材料，以形成外层复合材料管；S4、将所述外层复合材料管通过树脂与所述内层金属管固化形成双层喷管。5.根据权利要求4所述的火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，还包括步骤：S5、采用软模对所述双层喷管的内表面和外表面进行挤压，以增强所述外层复合材料管与所述内层金属管之间的连接强度。6.根据权利要求4或5所述的火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用铣刀在所述内层金属管表面铣削形成所述冷却通道。7.根据权利要求4或5所述的火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，在步骤S2和步骤S3之间还包括：对所述内层金属管的外表面进行毛化处理，以在所述内层金属管的外表面形成烧蚀坑点。8.根据权利要求7所述的火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，所述步骤S3包括步骤：步骤S31、将毛化处理后的所述内层金属管竖直放置，并将所述内层金属管的小头端固定在所述三维编织机上；步骤S32、控制所述三维编织机中携纱器数目及运动方式，在所述内层金属管外表面编织所述外层复合材料管。9.根据权利要求8所述的火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，所述步骤S32中，所述携纱器均匀分布于所述内层金属管的外周，所述携纱器的运动方式包括：将携纱器绕所述内层金属管朝向第一方向旋转1个携纱器的运动步距，并沿所述内层金属管的径向向外运动1个携纱器的步距；然后将携纱器绕所述内层金属管朝向第二方向旋转1个携纱器的运动步距，并沿所述内层金属管的径向向内运动1个携纱器的步距；其中，所述第一方向和所述第二方向中的一者为顺时针方向，另一者为逆时针方向；循环进行所述携纱器的上述运动方式，直至完成所述外层复合材料管的编织。10.根据权利要求5所述的火箭发动机喷管成形方法，其特征在于，步骤S5中，所述软模2CN115992781A权利要求书2/2页包括与所述双层喷管内表面形状适配的内模和与所述双层喷管外表面形状适配的外模，所述内模和/或所述外模采用聚氨酯块或内含高压流体的橡皮囊制造。3CN115992781A说明书1/7页一种火箭发动机喷管及其成形方法技术领域[0001]本发明属于火箭发动机设计制造领域，涉及火箭发动机喷管成形技术，特别是涉及一种火箭发动机喷管及其成形方法。背景技术[0002]喷管是火箭发动机设计制造中最为关键的部件，它直接影响火箭发动机的性能。喷管工作在严酷环境中，需承受达3000℃以上的燃气温度，一般的喷管结构、材料难以满足此高温工况要