一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构的制作方法

1.本发明专利涉及一种新型液体火箭发动机增强式推力室身部结构、发动机，可用于液体火箭发动机领域。

背景技术：

2.对于膨胀循环发动机推力室身部冷却夹套既是保护燃烧室内壁不被烧蚀破坏的热防护结构，同时也是加热推进剂提供做功能量的加热器结构。推进剂在推力室身部冷却夹套需要能获得尽可能高的温升，以便为驱动推进剂涡轮提供充足的能量。因此，提高推力室身部冷却夹套换热能力对提高膨胀循环发动机性能至关重要。
3.提高推力室身部冷却夹套换热能力最直接有效的方式是增加换热面积，通常采用延长推力室身部长度的措施。但只要会大大增加发动机推力室的重量和结构尺寸，降低推重比进而影响发动机的整体性能。

技术实现要素：

4.本发明专利的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型增强换热式推力室身部冷却夹套结构设计方案，通过增大推力室身部换热面积，扰动破坏近壁面边界层，从而提高推力室身部冷却夹套换热能力。
5.具体的，本专利通过设计一种新型增强换热式推力室身部冷却夹套结构，在内壁内表面增加增强换热肋结构，增大推力室身部换热面积，扰动破坏近壁面边界层，提高推力室身部冷却夹套换热能力。
6.本申请采用如下的技术方案：
7.一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，包括内壁、外壁、连接于内壁和外壁之间的多个冷却肋，内壁的内侧连接有多个沿内壁周向分布的增强换热肋。
8.所述增强换热肋在内壁内表面均匀分布。
9.所述增强换热肋可设置为a非冷却式增强换热肋，即增强换热肋布置位置与冷却肋对应。
10.或所述增强换热肋可设置为b主动冷却式增强换热肋，即增强换热肋布置位置与冷却通道对应。
11.所述增强换热肋轴向长度l可根据推力室身部长度和所需换热量确定。通常设计为与推力室身部圆柱段长度相等
12.所述增强换热肋肋高j设计为沿轴向逐渐增高，防止边界层沿轴向发展恢复，边界层厚度没过增强换热肋高度。
13.根据增强换热肋的结构设计可计算得到增加的换热面积，可根据肋效率计算得到能够增加的换热量。
14.综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
15.1)相对通常采用延长圆柱段长度的增强换热措施可有效减少推力室身部重量，缩
小尺寸结构，提高结构刚性；
16.2)增强换热肋结构易于加工；
17.3)增强换热肋可大幅增加推力室身部冷却夹套换热面积，提高换热量；
18.4)增强换热肋变肋高设计可以增加对燃气侧壁面边界层的扰动破坏，进而增强对流换热效果。
附图说明
19.图1为本申请实施例中的推力室身部冷却夹套结构示意图；
20.图2为图1中的局部放大结构示意图。
21.附图标记说明：1、沟槽内壁；2、外壁；3、冷却肋；4、增强换热肋。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
23.本申请实施例公开一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部冷却夹套结构，参照图1和图2，包括沟槽内壁1、外壁2、连接于沟槽内壁1和外壁2之间的多个冷却肋3，沟槽内壁1外表面冷却肋3与外壁2内表面配合形成冷却通道，共同形成冷却夹套，冷却肋3在沟槽内壁1外壁2外表面均匀分布，沟槽内壁1的内侧连接有多个沿着沟槽内壁1内侧周向均布的增强换热肋4。
24.增强换热肋4的高度为增强换热肋4沿着沟槽内壁1径向方向的长度，增强换热肋4的高度j沿燃气流动方向逐渐增加，j＝ax+j1，其中j1为增强换热肋初始高度；a为增强换热肋高增加系数，a＝(j
2-j1)/l，j2为增强换热肋最终肋高，增强换热肋4的最终肋高超过边界层厚度，l为推力室身部直线段长度。通过对增强换热肋4的均匀变肋高设置、以及对最终肋高的设置，增加了对燃气侧壁面边界层的扰动破坏，进而增强对流换热效果。
25.增强换热肋4轴向长度l可根据推力室身部长度和所需换热量确定，通常设计为与推力室身部圆柱段长度相等，使得推力室身部结构整体更易加工，且增强换热肋4不易被烧毁。可根据增强换热肋4的结构设计可计算得到增加的换热面积，可根据肋效率计算得到能够增加的换热量。
26.增强换热肋4可设置为a非冷却式增强换热肋，即增强换热肋4布置位置与冷却肋3对应。增强换热肋4沿着沟槽内壁1径向方向的两端分别为下底和上底，冷却肋3沿内壁1周向的尺寸为冷却肋3的宽度；下底位于上底朝向内壁1轴线的一侧，增强换热肋4的上底宽度s与下底宽度t相等，且与冷却肋3宽度b相等，即s＝t＝b。
27.或增强换热肋4可设置为b主动冷却式增强换热肋，增强换热肋4为与冷却肋3交错布置，增强换热肋布置与两个相邻的冷却肋3包围形成的冷却通道正对。增强换热肋4沿着沟槽内壁1径向方向的两端分别为上底和下底，下底位于上底朝向沟槽内壁1轴线的一侧；增强换热肋4的上底宽度s大于下底宽度t，且小于或等于冷却通道宽度k，即t《s≤k。
28.通过增强换热肋4与冷却肋3的位置关系、与根据位置关系对增强换热肋4进行形状的设置，共同作用，使得增强换热肋4在上述a非冷却式增强换热肋和b主动冷却式增强换热肋，这两种模式下，均能够达到较好的换热效果。
29.本申请的实施原理为：本申请的推力室身部冷却夹套结构在工作状态时，推进剂
在冷却夹套能流动，高温燃气在沟槽内壁内侧流动，通过增加增强换热肋4设置，高温燃气通过增强换热肋4与推进剂的接触面积增加，且增强换热肋4变肋高设计可以增加对燃气侧壁面边界层的扰动破坏，增强了换热效果。
30.以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

技术特征：

1.一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：包括沟槽内壁(1)、外壁(2)、沟槽内壁(1)外侧带有多个冷却肋(3)，冷却肋(3)和外壁(2)构成冷却剂流通的冷却通道，沟槽内壁(1)的内侧连接有多个沿内壁(1)周向分布的增强换热肋(4)。2.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)的高度为增强换热肋(4)沿着沟槽内壁(1)径向方向的长度，沿着燃气流动方向，增强换热肋(4)的高度增加；增强换热肋(4)长度与沟槽内壁(1)直线段相同。3.根据权利要求1所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)的高度j沿燃气流动方向逐渐增加，j＝ax+j1，其中j1为增强换热肋(4)初始高度；a为增强换热肋高增加系数。4.根据权利要求3所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述a＝(j
2-j1)/l，j2为增强换热肋最终肋高，l为沟槽内壁(1)直线段长度。5.根据权利要求4所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述最终肋高j2不小于沟槽内壁(1)的边界层的厚度。6.根据权利要求1-5任一所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)与冷却肋(3)正对；增强换热肋(4)沿内壁(1)周向的尺寸与冷却肋(3)沿内壁(1)周向的尺寸相等。7.根据权利要求6所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)沿着内壁(1)径向方向的两端分别为下底和上底，冷却肋(3)沿内壁(1)周向的尺寸为冷却肋(3)的宽度；下底位于上底朝向内壁(1)轴线的一侧，增强换热肋(4)的上底宽度s与下底宽度t相等，且与冷却肋(3)宽度b相等，即s＝t＝b。8.根据权利要求1-5任一所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)为与冷却肋(3)交错布置，增强换热肋布置与两个相邻的冷却肋(3)包围形成的冷却通道相对。9.根据权利要求7所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)沿着内壁(1)径向方向的两端分别为上底和下底，上底位于下底朝向内壁(1)轴线的一侧；增强换热肋(4)的上底宽度s大于下底宽度t，且小于或等于冷却通道宽度k，即t<s≤k；沿着沟槽内壁(1)的轴线方向，增强换热肋(4)的上底宽度和下底宽度t不变。10.根据权利要求7或9所述的一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，其特征在于：所述增强换热肋(4)个数n1与冷却肋(3)个数n0相同。

技术总结

本申请涉及液体火箭发动机的领域，具体公开了一种液体火箭发动机增强换热式推力室身部结构，推力室身部结构包括沟槽内壁、外壁，沟槽内壁的内侧布置有多个沿内壁周向分布的增强换热肋。增大了推力室身部换热面积，扰动破坏近内壁面边界层，从而提高了推力室身部冷却夹套的换热能力。夹套的换热能力。夹套的换热能力。

技术研发人员：

王天泰 刘潇 吴有亮 丁煜朔 王娟 牛旭东 李泳江 聂嵩 赵世红 楮宝鑫 陈旭阳

受保护的技术使用者：

北京航天动力研究所

技术研发日：

2022.06.29

技术公布日：

2022/10/11