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一种液体火箭发动机室身部高温钎焊防变形转轴

阅读:930发布:2021-04-11

专利汇可以提供一种液体火箭发动机室身部高温钎焊防变形转轴专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种液体火箭 发动机 推 力 室身部高温钎焊防 变形 转轴 ,包括 水 冷轴、 石墨 ‑金属 摩擦副 和 支撑 环,水冷轴包括由内至外依次嵌套的内轴、隔 热层 和伸长套,内轴为中空柱体,用于循环 冷却水 ; 隔热 层包裹内轴,伸长套在 温度 变化时能够轴向自由伸缩;石墨‑金属摩擦副包括金属环和石墨环,石墨环同轴连接在金属环内,石墨环内侧与内轴一端间隙配合连接,金属环外侧与推力室身部小端固接;推力室身部大端通过支撑环刚性连接内轴的另一端;伸长套的一端插接在支撑环芯轴处,另一端固接石墨‑金属摩擦副的金属环。本发明能够改善发动机推力室身部高温钎焊转轴所钎焊产品的受力状况,结构简单,便于安装,所 焊接 产品性能可靠,通用性强。,下面是一种液体火箭发动机室身部高温钎焊防变形转轴专利的具体信息内容。

1.一种液体火箭发动机室身部高温钎焊防变形转轴,包括冷轴、石墨-金属摩擦副和大支撑环,其特征在于:所述的水冷轴包括由内至外依次嵌套的内轴、隔热层和伸长套,所述的内轴为中空柱体,用于循环冷却水;所述的隔热层由纤维毡材料构成;隔热层包裹内轴,伸长套在温度变化时能够轴向自由伸缩;所述的石墨-金属摩擦副包括金属环和石墨环,所述的石墨环同轴连接在金属环内,石墨环内侧与内轴一端间隙配合连接,金属环外侧与推力室身部小端固接;推力室身部大端通过大支撑环刚性连接内轴的另一端;伸长套的一端插接在大支撑环芯轴处,另一端固接石墨-金属摩擦副的金属环。
2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴,其特征在于:所述水冷轴的内轴为三层金属圆筒同轴嵌套形成夹层结构,三层金属圆筒之间通过支撑分隔支撑。
3.根据权利要求1所述的液体火箭发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴,其特征在于:所述的石墨环等分为六瓣,通过安装螺钉和金属环内侧连接,安装螺钉帽表面不与内轴接触

说明书全文

一种液体火箭发动机室身部高温钎焊防变形转轴

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高温钎焊防变形转轴,可用于航空、航天领域中类锥形复杂夹层结构件的高温钎焊。

背景技术

[0002] 液体火箭发动机推力室身部主要采用钎焊波纹板结构。其燃烧室和喷管前段为波纹板夹层结构,采用整体炉中钎焊的方式。这种钎焊结构方式具有工艺过程简单的特点,但由于钎焊身部的结构相对比较复杂,各截面尺寸变化大,主要表现为产品钎焊后局部变形问题。现有技术中,发动机推力室身部高温钎焊转轴大端支撑环与冷轴之间为-钢摩擦副,在产品焊接过程中摩擦力比较大从而导致产品轴向伸缩不畅,产品在焊接过程中轴向受压,常温后恢复状态不能满足使用要求。另外,发动机推力室身部高温钎焊转轴与推力室身部小端固定连接,推力室身部在受热状态下由小端向大端膨胀滑动,膨胀阻力较大端固定增加很多,因此推力室身部高温钎焊转轴的使用使发动机推力室身部的焊接合格率相对较低。因此需采用适合的工艺设备以降低产品钎焊局部变形,即采用发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术的不足,本发明提供一种液体火箭发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴,能够改善发动机推力室身部高温钎焊转轴所钎焊产品的受力状况,具有结构简单、便于安装、所焊接产品性能可靠和通用性强等优点,可广泛应用于类锥形复杂夹层结构件的钎焊和热处理
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种液体火箭发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴,包括水冷轴、石墨-金属摩擦副和大支撑环。
[0005] 所述的水冷轴包括由内至外依次嵌套的内轴、隔热层和伸长套,所述的内轴为中空柱体,用于循环冷却水;所述的隔热层由纤维毡材料构成;隔热层包裹内轴,伸长套在温度变化时能够轴向自由伸缩;所述的石墨-金属摩擦副包括金属环和石墨环,所述的石墨环同轴连接在金属环内,石墨环内侧与内轴一端间隙配合连接,金属环外侧与推力室身部小端固接;推力室身部大端通过大支撑环刚性连接内轴的另一端;伸长套的一端插接在大支撑环芯轴处,另一端固接石墨-金属摩擦副的金属环。
[0006] 所述水冷轴的内轴为三层金属圆筒同轴嵌套形成夹层结构,三层金属圆筒之间通过支撑分隔支撑。
[0007] 所述的石墨环等分为六瓣,通过安装螺钉和金属环内侧连接,安装螺钉帽表面不与内轴接触
[0008] 本发明的有益效果是:
[0009] (1)本发明采用大支撑环与水冷轴的刚性固定,膨胀阻力将按产品大端和小端的比重减小,较之前小支撑环固定的结构抗变形能力增强很多。
[0010] (2)本发明中水冷轴伸长套的伸缩补偿设计使包裹内轴的伸长套在高温状态下受热向一端自由伸长,伸长套包裹的隔热层及循环水作用的保护使内轴受温度变化影响很小,而钎焊产品在高温作用下推动石墨-金属摩擦副向伸缩补偿端的相反方向滑动,由于伸长套和石墨-金属摩擦副的间隙配合及石墨金属之间很小的摩擦系数,两个相反方向的滑动互不影响,即高温下主轴整体长度基本无变化;当产品逐渐冷却过程中伸长套及石墨金属摩擦副各自向相反方向收缩,使得所钎焊产品受温度影响所产生的自由变形恢复原状。
[0011] (3)本发明中突破了长期以来产品由小端向大端膨胀滑动的固有模式,石墨-金属摩擦副受力状态较好,是钎焊身部钎焊工艺的一次创新。
[0012] (4)本发明所采用的产品装夹方式大大降低了钎焊过程中产品内部受弯程度,同时具有结构简单、便于安装、所焊接产品性能可靠及通用性强等优点,可广泛应用于类锥形复杂夹层结构件的高温钎焊及热处理等过程。附图说明
[0013] 图1为发动机推力室高温钎焊防变形转轴结构图;
[0014] 图2为石墨-金属摩擦副示意图;
[0015] 图3为插接连接伸缩补偿端放大图;
[0016] 图4为大支撑环伸长套插接连接结构图;
[0017] 图5为大支撑环示意图;
[0018] 图中,1-水冷轴,2-石墨-金属摩擦副,3-伸缩补偿端,4-大支撑环。

具体实施方式

[0019] 本发明提供一种液体火箭发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴,包括水冷轴、石墨-金属摩擦副、伸缩补偿端、和大支撑环。
[0020] 所述的水冷轴由内轴、隔热层及伸长套组成,其中水冷轴的内轴为三层金属圆筒及支撑块焊接构成的夹层结构作为冷却循环水的通道及焊接支撑轴的内轴,水冷轴内轴由碳纤维毡材料构成的隔热层包裹,隔热层外周由金属伸长套包裹,内轴、隔热层及伸长套三者构成的水冷轴,在高温钎焊过程中由于内轴在循环水和隔热层的保护下其结构受温度的影响变化不大,而伸长套在温度变化时可以轴向自由伸缩;石墨-金属摩擦副由金属环及石墨环构成,为便于石墨环安装和减小热膨胀影响,将石墨环等分为六瓣,其通过安装螺钉和金属环内侧安装孔连接,为避免石墨环内侧安装螺钉帽和伸长套配合处产生摩擦,安装螺钉帽上表面必须完全沉入安装孔内且距接触面应有一定距离,伸长套和石墨-金属摩擦副内环通过间隙配合连接,石墨-金属摩擦副金属环和焊接产品对接,在温度变化时,焊接产品随温度轴向变化时,推动间隙配合的石墨金属摩擦副滑动。连接的伸长套和大支撑环芯轴在温度变化时具有伸缩补偿功能;推力室身部大端和大支撑环刚性连接后大端固定,推力室身部在受热状态下伸长,推力室小端和石墨-金属摩擦副连接,由于石墨-金属摩擦副的摩擦系数在高温时较常温时小很多,且发动机小端石墨-金属摩擦副较大支撑环重量轻很多,推力室在温度变化自由伸长时,推动石墨-金属摩擦副滑动,相比小端向大端膨胀滑动,阻力要减小很多;推力室身部高温钎焊防变形转轴可使产品在钎焊过程中由于温度变化引起的产品变形程度最小。
[0021] 所述的石墨-金属摩擦副由金属环及石墨环构成,推力室小端和金属环外侧固定连接,伸长套的一端插接在大支撑环芯轴处,另一端固接石墨-金属摩擦副的金属环。
[0022] 由于温度变化时金属-金属之间的摩擦系数变化无规律,石墨-金属之间的摩擦系数随温度升高逐渐减小,石墨-金属之间摩擦系数为金属-金属的30~40%,另外石墨具有自润滑作用,其目的在于钎焊炉温度升高过程中产品轴向热膨胀在降温过程中可恢复原状,因此其装于发动机推力室身部小端。
[0023] 所述的大支撑环芯轴和伸长套插接连接,其芯轴和伸长套端面之间间隙构成了伸缩补偿端,温度升高过程中,推力室受热自由伸长,推动石墨-金属摩擦副滑动,同时由于伸长套受热在轴向会产生伸长,在设计时,预留伸长套的伸长空间,同时水冷轴内部夹层结构的循环水及保温层的保护下保证了轴的整体刚性。
[0024] 所述的推力室身部大端和大支撑环固定连接,推力室身部在受热状态下可由大端向小端膨胀滑动,相比小端向大端膨胀滑动,膨胀阻力按产品大端和小端的比重减小。
[0025] 所述的大支撑环与水冷轴刚性固定,同时产品小端与水冷轴可以相对运动,这样可以大大降低钎焊过程中产品内部的受力状态。另外钎焊时由于发动机推力室身部小端和大端比小端轻很多,同时石墨为非金属,承力能力较金属弱很多,石墨-金属摩擦副安装于发动机小端可防止石墨环因受较大力而破坏,该方案突破了长期以来产品由小端向大端膨胀滑动的固有模式,是身部钎焊工艺的一次创新。
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0027] 如图1所示,液体火箭发动机推力室身部高温钎焊防变形转轴由水冷轴1、石墨-金属摩擦副2、伸缩补偿端3和大支撑环4组成。其中水冷轴1由内轴、隔热层及伸长套组成,水冷轴1在温度变化时内轴在循环水和隔热层的保护下其轴向伸长量受温度的影响变化不大。如图2所示,石墨环、安装螺钉及金属托架构成了石墨-金属摩擦副2,其在温度变化时可滑动;如图3所示插接结构连接的伸长套和大支撑环4芯轴在温度变化时具有伸缩补偿功能;推力室身部大端和大支撑环4刚性连接,推力室身部在受热状态下可由大端向小端膨胀滑动,相比小端向大端膨胀滑动,膨胀阻力要减小很多;推力室身部高温钎焊防变形转轴可使产品在钎焊过程中由于温度变化引起的产品内部受力状态最好。
[0028] 如图2所示,石墨-金属摩擦副2由装于伸长套和发动机推力室身部小端连接的石墨环、金属环及安装螺钉组成,其中石墨环由等分的六瓣石墨撑块和金属环通过安装螺钉连接构成,螺帽必须沉入安装孔中,且应有一定深度,以防螺帽和水冷轴1接触,由于高温时金属-金属之间的摩擦系数变化无规律且很大,石墨-金属之间的摩擦系数随温度升高逐渐减小,石墨-金属之间摩擦系数为金属-金属的30%~40%,另外石墨具有自润滑作用,其目的在于钎焊炉温度升高过程中产品轴向热膨胀在降温过程中可恢复原状。
[0029] 如图4所示,大支撑环4芯轴和伸长套插接连接,大支撑环4芯轴嵌入伸长套左端焊接连接的圆环内,大支撑环4芯轴固定,伸长套左端焊接圆环内表面与大支撑环4芯轴外表面之间间隙配合,大支撑环4芯轴和伸长套端面之间的距离构成了伸缩补偿端,温度升高过程中,伸长套受热膨胀变形轴向自由伸长,伸长套在膨胀时向大支撑环4芯轴端面方向伸长,大支撑环4芯轴和伸长套端面之间的距离足以补偿伸长套的轴向变形。因此插接结构能够实现补偿效果以及内轴在循环水和隔热层的保护保证了轴的整体刚性,经过试验确定预留伸长套的收缩量为60mm可充分满足伸长要求。
[0030] 如图1所示,推力室身部大端、大支撑环4与水冷轴1刚性固定,同时产品小端与水冷轴1可以相对运动,这样可以大大降低钎焊过程中产品内部的受力状态。另外钎焊时由于发动机推力室身部小端和大端比小端轻很多,因石墨为非金属,承力能力较金属弱很多,石墨-金属摩擦副2安装于发动机小端可防止石墨环因受较大力而破坏,该方案突破了长期以来产品由小端向大端膨胀滑动的固有模式,同时考虑到焊接固定的大支撑环4重量对水冷轴1的影响,如图5所示,将大支撑环改进为辐条结构,该结构可以减小水冷轴工作中挠曲程度。改为辐条结构后,热量可以直接辐射到产品内表面,提高了喷管内壁接受辐射热的能力。在装夹结构改进的同时又改善了炉内温度场状况。整个设计改变是钎焊身部钎焊工艺的一次创新。
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