一种无喷出物固体火箭发动机喷管

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机领域，具体涉及一种无喷出物固体火箭发动机喷管。

背景技术

喷管堵盖是民用固体火箭发动机的关键结构件之一，其作用一是在固体火箭发动机贮存期间盖住喷管，在贮存期间空气不从喷管出口进入到固体火箭发动机内部；二是在固体火箭发动机点火时，压强爬升阶段，能够承受一定的点火压强，堵盖能够有效的减小点火滞后时间，提升点火性能。堵盖打开时，打开压强下燃气对喷管堵盖的作用力F

发明内容

本发明的目的是提供一种无喷出物固体火箭发动机喷管，克服现有技术存在的在堵盖打开后容易产生喷出物的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种无喷出物固体火箭发动机喷管，包括喷管收敛段绝热层、喷管收敛段壳体、背衬、喉衬、前堵盖、后堵盖、喷管扩散段绝热层和喷管扩散段壳体，上述所有零件均为回转体且同轴布置；

喷管收敛段绝热层模压或胶粘进喷管收敛段壳体内部，喉衬镶嵌进背衬内部，二者前后端面齐平，同时安装到喷管收敛段绝热层后端、喷管收敛段壳体内部，这四个部件组成喷管收敛段；

喷管扩散段绝热层的前端模压或胶粘进喷管扩散段壳体内部，二者构成喷管扩散段；

前端盖置于喉衬和背衬的后端面，后堵盖置于前堵盖后侧，喷管扩散段紧固安装到喷管收敛段后端，紧固喷管扩散段时，后堵盖被压紧；

前端盖为平板型的圆片，前端盖与喉衬和背衬的后端面粘贴紧密，能够承受发动机气密检查压力；

后堵盖的外部为一圈环板，内部为喷管出口侧鼓起的金属壳体，后堵盖采用航空航天用金属材料制成，自后堵盖内部鼓起部分的中部向周围均匀开设有预制缺陷槽。

进一步地，发动机点火后，发动机内产生的高温高压燃气经过喷管收敛段冲击到前堵盖上，薄膜制成的前堵盖瞬间被烧蚀成为气体；后堵盖能够承受发动机的点火压力，燃烧室内达到预定的点火压强后，发动机内产生的高温高压燃气经过喷管收敛段冲刷后堵盖，使得后堵盖沿预置缺陷槽呈“开花”状向喷管出口打开，形成扇形花瓣；在高温高压气流的冲击下扇形花瓣绕根部翻转并贴向喷管扩散段绝热层，此后在高温高压燃气的冲刷下，扇形花瓣从边缘开始烧蚀、气化。

进一步地，喷管收敛段的内径整体沿轴向变化趋势为：喷管收敛段绝热层前端为喇叭状结构且内径最大；喷管收敛段绝热层的中段内径一致，后端内径逐渐缩小。

进一步地，喉衬的前端内部与喷管收敛段绝热层后端内部平滑过渡，喉衬的内径沿轴先逐渐减小，后趋于一致。

进一步地，喷管扩散段绝热层的内径沿轴向逐渐扩大；喷管扩散段壳体连接于喷管收敛段壳体的后端内部。

进一步地，前端盖的厚度在0.1mm至0.5mm范围内；后堵盖鼓起角度控制在15°至45°范围内，其中所述鼓起角度为鼓起部分的切线相对于环板所形成的角度。

进一步地，后堵盖的内部也可以不鼓起，采用平板型结构；采用该构型时，所述预置缺陷槽自后堵盖的中心向后堵盖的周围均匀开设。

进一步地，所述后堵盖可以选择铝、橡胶、复合材料，选择橡胶、复合材料时掺杂铝粉，增加堵盖的电磁屏蔽效果。

进一步地，预置缺陷槽的数量不小于3条、不大于12条，预置缺陷槽要求均布，4条预置缺陷槽时呈“十”字型，8条预制缺陷槽时呈“米”字型均布。

进一步地，后堵盖壁厚控制在0.1mm至0.5mm范围内，预制缺陷槽的槽深控制在后堵盖壁厚的0.2至0.5倍厚度范围内，预置缺陷槽的横截面为矩形或三角形，预置缺陷槽最大宽度控制不超过5mm，预置缺陷槽的槽长应控制在喷管喉衬最小内径的0.75至1.0倍范围内。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

1.本发明采用了薄膜材料前堵盖和向喷管出口侧鼓起的“金铙”状金属壳体后堵盖双层堵盖结构，薄膜材料前堵盖与喷管收敛段粘贴紧密并具有良好的气密性，能够保证拆装喷管时，不会影响发动机燃烧室内的气密性，发动机点火后，发动机内产生的高温高压燃气经过喷管收敛段冲击到前堵盖上，薄膜前堵盖瞬间被烧蚀成为气体，不会产生危害载机安全的喷出物；喷管扩散段拆下时，向喷管出口侧鼓起的“金铙”状金属壳体后堵盖能够取下，可观察前堵盖结构完整情况，喷管扩散段安装后，后堵盖能够承受发动机的点火压力，发动机点火时，燃烧室内达到预定的点火压强后，发动机内产生的高温高压燃气经过喷管收敛段冲刷后堵盖，后堵盖每个扇形区域沿装预置缺陷槽呈“开花”状向喷管出口打开，形成扇形花瓣，在高温高压气流的冲击下扇形花瓣绕根部翻转并贴向喷管扩散段绝热层，此后在高温高压燃气的冲刷下，扇形花瓣从边缘开始烧蚀、气化，直至将暴露在燃气通道内部分全部气化完毕。

2.喷管前堵盖、后堵盖打开的过程中，前堵盖被气化，后堵盖按照预置缺陷槽打开后逐渐被气化，整个过程不会产生喷出物。

附图说明

图1无喷出物固体火箭发动机喷管示意图(堵盖未打开状态)；

图2喷管收敛段示意图；

图3喷管扩散段示意图；

图4前堵盖未打开状态示意图；

图5后堵盖未打开状态示意图；

图6无喷出物固体火箭发动机喷管示意图(堵盖打开状态)；

图7前堵盖打开状态示意图；

图8后堵盖打开状态示意图。

图中标号说明：1喷管收敛段绝热层，2喷管收敛段壳体，3背衬，4喉衬，5前堵盖，6后堵盖，7喷管扩散段绝热层，8喷管扩散段壳体，9预制缺陷槽。

具体实施方式

参见附图，本发明公开了一种无喷出物固体火箭发动机喷管，包括喷管收敛段绝热层1、喷管收敛段壳体2、背衬3、喉衬4、前堵盖5、后堵盖6、喷管扩散段绝热层7和喷管扩散段壳体8，上述所有零件均为回转体，且同轴。

喷管收敛段绝热层1模压或胶粘进喷管收敛段壳体2内部，喉衬4镶嵌进背衬3内部，二者前后端面齐平，同时安装到喷管收敛段绝热层1后端、喷管收敛段壳体2内部，上述四者组成喷管收敛段；喷管收敛段的内径整体沿轴向变化趋势为：喷管收敛段绝热层1前端为喇叭状结构且内径最大；喷管收敛段绝热层1的中段内径一致，后端内径逐渐缩小；喉衬4的前端内部与喷管收敛段绝热层1后端内部平滑过渡，喉衬4的内径沿轴先逐渐减小，后趋于一致。

喷管扩散段绝热层7的前端模压或胶粘进喷管扩散段壳体8内部，二者构成喷管扩散段；喷管扩散段绝热层7的内径沿轴向逐渐扩大；喷管扩散段壳体8连接于喷管收敛段壳体2的后端内部。

前端盖5置于喉衬4和背衬3的后端面，后堵盖6置于前堵盖5后侧，通过螺纹将喷管扩散段安装到喷管收敛段后端；拧紧喷管扩散段时，后堵盖6被压紧。

前端盖5为平板型的圆片，采用阻隔性好和耐穿刺性的薄膜制成，薄膜的厚度控制在0.1mm至0.5mm范围内，例如为0.3mm；薄膜与喉衬4和背衬3的后端面粘贴紧密，能够承受发动机气密检查压力。

后堵盖6的外部为一圈环板，内部为喷管出口侧鼓起的“金铙”状金属壳体，后堵盖6鼓起角度一般控制在15°至45°范围内，例如为30°；其中所述鼓起角度为鼓起部分的切线相对于环板所形成的角度。后堵盖的内部6也可以不鼓起，采用平板型结构；后堵盖6采用易机加、易冲压成型的常规航空航天用金属材料制成，可以选择铝、橡胶、复合材料等材料，选择橡胶、复合材料时可考虑掺杂适当的铝粉，增加堵盖的电磁屏蔽效果；前端盖5可采用橡胶薄膜；自后堵盖6内部鼓起部分的中部向周围均匀开设有预制缺陷槽9，预置缺陷槽9的数量不小于3条、不大于12条，例如为8条；预置缺陷槽要求均布，即4条预置缺陷槽时呈“十”字型，8条预制缺陷槽时呈“米”字型均布；

后堵盖6壁厚控制在0.1mm至0.5mm范围内，优选0.3mm；预制缺陷槽9的槽深控制在后堵盖6壁厚的0.2至0.5倍厚度范围内，例如为0.1mm；后堵盖6壁厚及预置缺陷槽9的槽深需要根据发动机点火压强、工作压强进行适应性调整；预置缺陷槽9的横截面可以使矩形、三角形，预置缺陷槽9最大宽度控制不超过5mm，优选为2mm；预置缺陷槽9的槽长(两头最远距离)应控制在喷管喉衬4最小内径的0.75至1.0倍范围内，优选为1倍。

发动机点火后，发动机内产生的高温高压燃气经过喷管收敛段冲击到前堵盖5上，薄膜制成的前堵盖5瞬间被烧蚀成为气体，不会产生危害载机安全的喷出物；后堵盖6能够承受发动机的点火压力，发动机点火时，燃烧室内达到预定的点火压强后，发动机内产生的高温高压燃气经过喷管收敛段冲刷后堵盖6，使得后堵盖6沿预置缺陷槽9呈“开花”状向喷管出口打开，形成扇形花瓣；在高温高压气流的冲击下扇形花瓣绕根部翻转并贴向喷管扩散段绝热层7，此后在高温高压燃气的冲刷下，扇形花瓣从边缘开始烧蚀、气化，直至将暴露在喷管扩散段内部分全部气化完毕。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。