專利名稱：控溫火箭噴管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火箭噴管，它具有軸向雙喇叭形狀，即所謂的“雙喇叭”式，并且在雙喇叭形狀之間的拐點(diǎn)處有一種輪廓線或母線曲率向外的變化。
火箭噴管的雙喇叭形狀從六十年代早期用于一種高度補(bǔ)償可以得知。在海平面操作模式中這種雙喇叭噴管，因拐點(diǎn)將迫使氣流在預(yù)定位置離開噴管壁，所以增加了海平面推力。在高空操作模式中，羽煙逐漸膨脹直到它接觸到拐點(diǎn)下游的噴管壁。但是，事實(shí)上，該雙喇叭噴管的原理有幾個(gè)內(nèi)在不足之處，按這些不足之處降低了其理論上的最佳狀態(tài)的性能。
另一方面，火箭噴管的作用是使氣體膨脹、并加速到高速度、并因此產(chǎn)生推力效率和有效負(fù)載能力。推力效率對(duì)上一級(jí)火箭非常重要。高推力作用意味著高的管壁溫度，且因而要引入稀有和昂貴的技術(shù)?；鸺龂姽艿谋跍匾蕾囉诒诘膲毫捅趥?cè)氣流速度。
為了控制火箭噴管的管壁溫度，特別是通過對(duì)流冷卻非主動(dòng)致冷的管壁部分，已建議采用幾種技術(shù)。首先，所用的材料高溫時(shí)要具有強(qiáng)度，當(dāng)然這些材料是昂貴的。噴管壁也可能覆蓋涂層，其隔熱并耐表面高溫。這也是昂貴的。最后，一種冷卻膜可與一種連續(xù)噴管輪廓結(jié)合在一起使用。
在使用金屬材料的情況下，這種材料昂貴，而且由于材料的利用率，一種噴管結(jié)構(gòu)必須有許多接合處。但是大量的接合處降低了可靠性。另一方面，可以使用一種陶瓷基體復(fù)合材料。在這種情況下，費(fèi)用非常昂貴，而且因其在火箭噴管中應(yīng)用極少故可靠性值得懷疑。
所以，涂層增加成本且降低固定的臨界溫度的潛力受到限制。一種涂層也意味著由于復(fù)雜性增加而降低了可靠性。針對(duì)氣膜冷卻的情況，通常沒有氣體產(chǎn)生用于閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣膜。用于氣膜冷卻目的的氣體流出可能意味著嚴(yán)重性能損失。
現(xiàn)在可以證明基于雙喇叭型獲得一種簡(jiǎn)便和廉價(jià)的方法去控制噴管壁的溫度，但根據(jù)本發(fā)明建議采納了這種方法。因此，本發(fā)明實(shí)質(zhì)上是顯著的，因?yàn)闉榱嗽趪姽鼙谏线M(jìn)一步冷卻，曲率變化達(dá)2°～7°，該拐點(diǎn)(I)位于面積比率ε＝10的位置和噴管0.85×εmax的位置之間的地方。
通過引入一種噴管輪廓線的不連續(xù)子午平面，管壁溫度降低速度比通常連續(xù)輪廓線的情況產(chǎn)生的溫度降低的速度快。因噴管壁不連續(xù)性點(diǎn)的溫度接近于恒值。決定噴管材料的溫度因此降低。通過引入一種不連續(xù)性，作為一個(gè)副作用使一種冷卻氣膜的作用可能受到控制。在拐點(diǎn)處，靠近噴管壁的氣膜承受上述不連續(xù)性下游處突然加速，這種不連續(xù)性將使氣膜穩(wěn)定并防止混合。然后氣膜的效率得到維持。
本發(fā)明將參考附圖通過實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中附

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種噴管形狀的縱截面圖，圖中噴管左半部分說明了在位置ε＝10處的拐點(diǎn)I位置，而右半部說明了在εmax的ε＝85％處的拐點(diǎn)I位置，而且根據(jù)本發(fā)明，圖2是管壁溫度和噴管軸向長(zhǎng)度之間的關(guān)系曲線圖。
在圖1中，用圖解說明了所謂的“雙喇叭”式的一種火箭噴管，即具有一種軸向雙喇叭形狀。類似于已知的高度補(bǔ)償噴管結(jié)構(gòu)，在輪廓線或母線上有一種拐點(diǎn)I，此處上述輪廓線的曲率突然變化，換句話說此處上部喇叭形狀變成緊挨著下一個(gè)喇叭形狀。不同于已知的雙喇叭結(jié)構(gòu)，此處曲率變化達(dá)到至少9°，目的在于為在此點(diǎn)沿噴管壁獲得所需的氣流分隔而提供一種方向的突然變化，本發(fā)明建議曲率變化僅在2°和7°之間，拐點(diǎn)I位于面積比率ε＝10的位置與噴管0.85×εmax的位置之間。ε是面積比率，在噴管頸部其值達(dá)ε＝1。
根據(jù)本發(fā)明，拐點(diǎn)可以位于上述兩規(guī)定的極限之間任一適當(dāng)位置。
沿噴管壁的氣膜流突然加速是由管壁輪廓線的曲率變化引起的，它提供了一種改進(jìn)的冷卻效果，從上述拐點(diǎn)下游立即開始，將該效果維持到這樣一種程度，所述拐點(diǎn)下游管壁的其它部分幾乎保持恒定。因此上述降低的管壁溫度允許使用一種管壁材料，該材料一點(diǎn)也不要求如現(xiàn)有技術(shù)中要求的耐溫性，并因而允許采用一種廉價(jià)結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種火箭噴管，具有軸向雙喇叭形狀，即所謂的“雙喇叭”式，且在雙喇叭形狀之間的拐點(diǎn)處有一種輪廓線或母線曲率的向外的變化，其特征在于為了在噴管壁上獲得改進(jìn)的冷卻作用，曲率變化達(dá)到2°和7°之間，上述拐點(diǎn)(I)位于面積比率ε＝10的位置與噴管的0.85×εmax的位置之間。
全文摘要
一種火箭噴管,具有軸向雙喇叭形狀,即所謂的“雙喇叭”式,且在雙喇叭形狀之間的拐點(diǎn)處有一種輪廓線或母線曲率的向外的變化。為了在噴管壁上獲得改進(jìn)的冷卻作用,曲率變化達(dá)到2°和7°之間,上述拐點(diǎn)(Ⅰ)位于面積比率ε=10的位置與噴管的0.85×ε
文檔編號(hào)F02K9/00GK1202952SQ96198540
公開日1998年12月23日 申請(qǐng)日期1996年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月23日
發(fā)明者詹·漢格安德, 拉斯－澳洛夫·派卡瑞 申請(qǐng)人:沃爾沃航空有限公司