一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构的制作方法

本发明属于固体火箭发动机，主要涉及大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构。

背景技术：

1、装药燃烧室是固体火箭发动机的能量产生装置，其作用是将推进剂的化学能转换为高温燃气的热能，高温燃气通过喷管喷出从而产生推力。固体火箭发动机喷管装药燃烧室不仅要承受较高的燃烧室压力，有些局部位置还要抵抗高温、高速燃气的冲刷，因此工作环境十分恶劣。目前固体火箭发动机都采用在燃烧室内壁贴绝热层以实现燃烧室热防护的目的。现有技术的燃烧室内壁贴绝热层的密度大，从而造成绝热层质量较大，同时机械强度和延伸率较低；通常的绝热层设计方法无法满足固体火箭要求发动机重量轻、工作可靠、结构简单、适合大批量生产的要求。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

3、一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，包括发动机装药燃烧室、筒段热防护结构和封头热防护结构；所述发动机装药燃烧室为两个端面封口的圆筒形；发动机装药燃烧室的侧壁与两个端面之间采用弧面平滑连接；发动机装药燃烧室的两个端面分别设置圆形通孔；圆形通孔的圆心为所在端面的圆心；发动机装药燃烧室的一个端面设置点火装置；发动机装药燃烧室的另一个端面设置喷管；发动机装药燃烧室设置点火装置的端面为点火面；发动机装药燃烧室设置喷管的端面为喷管面；发动机装药燃烧室侧壁内表面的平直段设置筒段热防护结构；发动机装药燃烧室的圆弧面和喷管面的内表面设置封头热防护结构；筒段热防护结构包括绝热层；封头热防护结构包括绝热层面层、绝热层底层和抗冲刷层；绝热层底层与发动机装药燃烧室内壁面固定连接；绝热层底层与绝热层面层之间设置抗冲刷层；封头热防护结构的绝热层面层、绝热层底层和抗冲刷层的厚度随封头热防护结构某位置的烧蚀时长变化，即封头热防护结构的厚度为变壁厚。

4、更进一步的，所述封头热防护结构的绝热层面层、绝热层底层和抗冲刷层厚度的计算步骤为：

5、

6、

7、式中，为封头热防护结构某位置的烧蚀时长，为已知的设计输入值；

8、为绝热层面层的厚度，为绝热层底层的厚度，为抗冲刷层的厚度，为三元乙丙的烧蚀率，为碳毛板的烧蚀率；为绝热层底层和绝热层面层的厚度的比值；为抗冲刷层厚度和绝热层面层厚度的比值。

9、更进一步的，的取值范围为[0.6,0.8]。

10、更进一步的，的取值范围为[1,1.2]。

11、更进一步的，绝热层的材料为三元乙丙橡胶。

12、更进一步的，绝热层底层与绝热层面层的材料为三元乙丙橡胶。

13、更进一步的，抗冲刷层的材料为碳毛板。

14、本发明的有益效果是：由于采用三元乙丙橡胶的复合结构绝热层，利用三元乙丙橡胶材料低导热率、低密度、低弹性模量、适中的机械强度和较高的伸长率等特点，能满足薄壁金属燃烧室壳体承受较高的燃烧室压力以及强度的要求。利用发动机壳体不同部位暴露在燃气中时间的长短和燃气对该部位冲刷的强弱以及凝相聚集等不一样特点，采用变壁厚设计绝热层，减轻复合结构绝热层的质量。在绝热层后端夹层采用变厚度碳毛板抗烧蚀层的技术方案，可以有效解决发动机壳体后端长时间暴露抗烧蚀问题。

技术特征：

1.一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：包括发动机装药燃烧室、筒段热防护结构和封头热防护结构；所述发动机装药燃烧室为两个端面封口的圆筒形；发动机装药燃烧室的侧壁与两个端面之间采用弧面平滑连接；发动机装药燃烧室的两个端面分别设置圆形通孔；圆形通孔的圆心为所在端面的圆心；发动机装药燃烧室的一个端面设置点火装置；发动机装药燃烧室的另一个端面设置喷管；发动机装药燃烧室设置点火装置的端面为点火面；发动机装药燃烧室设置喷管的端面为喷管面；发动机装药燃烧室侧壁内表面的平直段设置筒段热防护结构；发动机装药燃烧室的圆弧面和喷管面的内表面设置封头热防护结构；筒段热防护结构包括绝热层；封头热防护结构包括绝热层面层、绝热层底层和抗冲刷层；绝热层底层与发动机装药燃烧室内壁面固定连接；绝热层底层与绝热层面层之间设置抗冲刷层；封头热防护结构的绝热层面层、绝热层底层和抗冲刷层的厚度随封头热防护结构某位置的烧蚀时长变化，即封头热防护结构的厚度为变壁厚。

2.根据权利要求1所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：所述封头热防护结构的绝热层面层、绝热层底层和抗冲刷层厚度的计算步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：的取值范围为[0.6,0.8]。

4.根据权利要求2所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：的取值范围为[1,1.2]。

5.根据权利要求2所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：绝热层的材料为三元乙丙橡胶。

6.根据权利要求2所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：绝热层底层的材料为三元乙丙橡胶。

7.根据权利要求2所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：绝热层面层的材料为三元乙丙橡胶。

8.根据权利要求2所述的一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，其特征在于：抗冲刷层的材料为碳毛板。

技术总结本发明提供了一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合绝热结构，适用于大型固体火箭发动机热防护结构结构设计，主要解决现有绝热层设计方法无法满足固体火箭要求发动机重量轻的问题；一种用于大口径发动机装药燃烧室的复合材料热防护结构包括筒段热防护结构和封头热防护结构；封头热防护结构采用变壁厚设计方案；本发明解决了发动机燃烧室前后端内型面的抗烧蚀问题，具有重量轻、结构简单、工作可靠的突出优点。技术研发人员：邓恒,叶一帆,严鸥鹏,党进峰,李志浩,刘宇涛,井立峰,温锦航受保护的技术使用者：西安现代控制技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18