专利名称：一种固体火箭冲压组合发动机壳体的制作方法
技术领域：
本发明属于固体火箭冲压组合发动机结构领域，具体涉及一种固体火箭冲压组合发动机壳体。
背景技术：
现有固体火箭发动机的发动机金属壳体一般由旋压圆筒、前后封头和前后裙焊接组成。壳体与各舱段通过前后裙对接，壳体外表面一般较少凸起物。装药芯模放置及粘贴绝热层往往通过前后封头开口。这种结构很难适应外直径小、长细比大的发动机装药和粘贴绝热层的要求。固体火箭冲压发动机的发动机壳体长细比较大，所承受的轴向过载30g、横向过载达25g，壳体对强度和刚度要求高，同时要求质量轻，壳体的结构空间因满足气动外形要求，限制较严。壳体外表面需设计点火装置安装座、支耳、凸台、进气道固定安装座、壳体与级间段连接用外支耳等。壳体长细比达到11.5，发动机壳体壁厚小(1.5mm)，壳体外直径小(260mm)，对装药和粘贴绝热层来说是一个难题，要求壳体结构要便于装药、便于绝热层的制作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体火箭冲压组合发动机壳体。结构质量轻、并且结构及工艺简单，制作成本低廉，能承受较大冲击载荷，又便于装药和绝热层制作。本发明的技术方案:本发明的固体火箭冲压组合发动机壳体包括燃气发生器壳体，在燃气发生器壳体后端连接补燃室壳体，燃气发生器壳体与补燃室壳体的连接是:燃气发生器壳体和补燃室壳体周边设计对应的等圆心角分布的四对发生器支耳和补燃室支耳，发生器支耳与补燃室支耳通过螺栓、螺母连接；在燃气发生器壳体和补燃室壳体周边的四对发生器支耳和补燃室支耳之间设计四组发生器凸台和补燃室凸台，楔形连接板上有与发生器凸台和补燃室凸台匹配的锁紧孔，楔形连接板通过该锁紧孔嵌压入发生器凸台和补燃室凸台，将燃气发生器壳体与补燃室壳体锁紧。所述的楔形连接板的锁紧孔的两端为楔面，即在与发生器凸台外侧的结合面呈内切角，即前倾角β，β=8° 13°，楔形连接板的锁紧孔在与补燃室凸台外侧的结合面呈外切角，即后倾角θ，θ=-2° -7° ;楔形连接板的锁紧孔与发生器凸台和补燃室凸台的周向侧面采用间隙配合，两端楔面为过盈紧配合。所述的补燃室壳体后端等圆心角分布四个外连支耳，外连支耳包括耳体，耳体上有爆炸螺栓安装孔，耳体两侧的加强筋，在外连支耳的根部、耳体与加强筋结合处有吸振槽，加强筋上设计减重孔。所述的外连支耳的耳体板厚6mm,两侧的加强筋板厚5_ ;所述的吸振槽宽5_、深IOmm,槽底为直径5mm圆弧。所述 的燃气发生器壳体的前端由封头封闭，在燃气发生器壳体前端内侧依次设内螺纹连接面、直径小于螺纹连接面的定位面、直径小于定位面的导向环，封头外沿法兰面与燃气发生器壳体的定位面匹配，法兰环面与燃气发生器壳体内侧的导向环匹配；封头的法兰端面与燃气发生器壳体上的平面匹配，由螺套上的外螺纹连接面与燃气发生器壳体上的内螺纹连接面配合将法兰端面与燃气发生器壳体的平面压紧，在封头的法兰端面上设计有密封槽，两端面接触面上有第二 O型密封圈置于密封环槽中实现端面静密封。所述的补燃室壳体外表面上开有四个用于与进气道连接的窗口座，四个窗口座等圆心角分布。所述的燃气发生器壳体与补燃室壳体连接处加厚并为对插结构，在对插的接触面上有密封凹槽放置第一 O型密封圈。本发明的优点:燃气发生器及其与仪器舱、补燃室壳体对接装配操作方便、简单，利于保证周向装配精度；燃气发生器壳体设计巧妙、简化了结构，便于结构件加工制造且便利于细长构件内装药及绝热层结构的制作、检查。本发明实现了薄壁壳体承受较高级间分离的冲击载荷同时刚性好、质量轻的要求。同时考虑了加工工艺性，减小变形保证了绝热层压配进补燃室壳体的顺利实施。本发明减轻了工艺压力，降低了成本。补燃室壳体后支耳端环连接支耳结构需承受级间分离载荷70KN，承受较大的冲击载荷，为了保证连接支耳结构具有减振吸振作用的同时，还具有足够的强度和刚性，设计有减振吸振结构、减重孔、降应力吸振槽等，并增加刚性加强筋，保护补燃室壳体薄壁旋压圆筒和补燃室壳体内的绝热层，防止因变形过大而损坏。
图1是本发明的总体结构示意图。图2为本发明的燃气发生器壳体与补燃室壳体连接结构示意图。图3为图2的A-A剖视图。图4为图2的B-B剖视图。图5为本发明补燃室壳体结构不意图。图6是外连支耳结构示意图。图7是图6的A向即外连支耳局部放大图。图8为本发明的燃气发生器壳体局部放大图。图9是封头局部放大图。图10是螺套局部放大图。图11是本发明的燃气发生器壳体与封头连接处结构局部放大图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。如图1、图2、图3、图4:本发明在燃气发生器壳体I后端连接补燃室壳体2，燃气发生器壳体I与补燃室壳体2的连接是:燃气发生器壳体I和补燃室壳体2周边设计对应的等圆心角分布的四对发生器支耳Ia和补燃室支耳2a，发生器支耳Ia与补燃室支耳2a通过螺栓、螺母3连接；在发燃气生器壳体I和补燃室壳体2周边的四对发生器支耳Ia和补燃室支耳2a之间设四组发生器凸台Ib和补燃室凸台2b，楔形连接板4上有与发生器凸台Ib和补燃室凸台2b匹配的锁紧孔，楔形连接板4通过该锁紧孔嵌压入发生器凸台Ib和补燃室凸台2b，将燃气发生器壳体I与补燃室壳体2锁紧。楔形连接与支耳螺栓连接周向交叉间隔均布。所述的楔形连接板4的锁紧孔在与发生器凸台Ib外侧的结合面呈内切角，即前倾角β，β=8° 13°，楔形连接板4的锁紧孔在与补燃室凸台(2b)外侧的结合面呈外切角，后倾角θ，θ=-2° -7°。楔形连接板4与发生器凸台lb、补燃室凸2b通过楔面配合将发生器I和补燃室2对接端面压紧贴合在一起，楔形连接板4的锁紧孔与发生器凸台Ib和补燃室凸台2b的周向侧面采用间隙配合，单边间隙1_，两端楔面配合为过盈紧配合，楔形连接板4的锁紧孔预先加工好，装配时，按楔形连接板4的锁紧孔配作发生器凸台Ib和补燃室凸台2b楔面，然后压配到位。该结构径向空间占用少、不影响气动外形条件下增多了连接点，增加了连接结构的连接刚度，增强了薄壁壳体的抗弯能力。所述的发生器壳体I与补燃室壳体2连接处加厚并为对插结构，在对插的接触面上有密封凹槽放置第一 O形密封圈5。本发明实现了薄壁壳体能承受较高的级间分离冲击载荷、横向过载，同时质量轻的要求。在径向空间小的前提下，解决了分段壳体的连接密封难题。减小薄壁壳体变形，保证了绝热层压配进补燃室壳体的顺利实施，解决了加工工艺性的难题，降低了成本。如图5、图6、图7:所述的补燃室壳体2后端等圆心角分布四个外连支耳2d，外连支耳2d包括耳体2dl，耳体2dl上有爆炸螺栓安装孔2d5，耳体2dl两侧的加强筋2d2，在外连支耳2d的根部耳体2dl与加强筋2d2结合处有吸振槽2d3，加强筋2d2上减重孔2d4。所述的外连支耳2d的耳体2dl板厚6mm,两侧的加强筋2d2板厚5mm ;所述的吸振槽2d3宽5mm、深IOmm,槽底为直径5mm圆弧。
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壳体外连支耳端框部厚10mm。距端面70mm范围壳体壁厚4mm。壳体外支耳结构参数为多轮优化设计结果，既保证补燃室壳体外支耳能承受级间分离载荷，又不会将载荷传递到壳体薄壁上，避免壳体薄壁引起较大变形，保护了补燃室壳体内的绝热层。四个外连支耳2d结构需承受约70KN级间分离载荷,冲击载荷较大,支耳根部应力最大、结构最为薄弱，要求壳体支耳处结构强度足够，壳体变形要小、重量也要轻，同时结构要满足弹体气动外形的要求。仅仅考虑增加支耳及框部强度，壳体支耳应力会显著降低，但壳体薄壁面应力及变形均较大。从壳体强度使用特点分析，支耳在级间分离后失去作用，但壳体还需保持足够强度和刚度以满足后续使用要求。优化设计后采用的连接支耳具有减振吸振结构、减重孔、降应力吸振槽、刚性加强筋等，不但具有减振吸振作用，同时还具有足够的强度和刚性，并减小了薄壁壳体的应力和变形。补燃室壳体2外表面上开有四个用于与进气道连接的窗口座2e，四个窗口座等圆心角分布。补燃室周向分布4个进气道连接座，其结构及尺寸精度影响进气道的性能，绝热结构在外面固化后采用装配进壳体的结构形式，对壳体形位精度要求较高，给设计及加工带来较大难度，尤其是在焊接结构的设计工艺性上。因补燃室壳体2外表面焊接的凸台太多，以及进气道接座、前后连接支耳只能为焊接结构，且进气道接座、前后连接支耳为不连续结构，厚薄相差悬殊。补燃室壳体结构的复杂性给壳体的加工工艺带来较大困难，热处理及机加后，补燃室壳体变形大，壳体又长，补燃室绝热层装配困难，易产生卡死现象，使发动机补燃室的设计方案无法实现。同样因圆筒变形过大若硬性装配绝热层，使绝热层上存在较大附加应力，从而影响绝热层性能的发挥。如图8、图 9、图 10、图 11:燃气发生器壳体I的前端由封头6封闭,在燃气发生器壳体I前端内侧依次设内螺纹连接面le、直径小于螺纹连接面的定位面Id、直径小于定位面的导向环Ic ;封头6外沿法兰面6a与燃气发生器壳体I的定位面Id匹配，法兰环面6b与燃气发生器壳体内侧的导向环Ic匹配；封头的法兰端面6c与燃气发生器壳体上的平面If匹配，由螺套7上的外螺纹连接面7a与燃气发生器壳体I上的内螺纹连接面Ie配合将法兰端面6c与燃气发生器壳体的平面If压紧，在封头的法兰端面上设计有密封槽，两端面接触面上有第二 O型密封圈8置于密封环槽中实现端面静密封。封头6是变壁厚设计，外型面椭球比1.97，内型面椭球比2.02。本发明的燃气发生器壳体及其与仪器舱、补燃室壳体对接装配操作方便、简单，利于保证周向装配精度；燃 气发生器壳体设计巧妙、简化了结构，便于结构件加工制造且便利于细长构件内装药及绝热层结构的制作、检查。
权利要求
1.一种固体火箭冲压组合发动机壳体，包括燃气发生器壳体(1)，其特征在于:在燃气发生器壳体(I)后端连接补燃室壳体(2 )，燃气发生器壳体(I)与补燃室壳体(2 )的连接是:燃气发生器壳体(I)和补燃室壳体(2)周边设计对应的等圆心角分布的四对发生器支耳(Ia)和补燃室支耳(2a)，发生器支耳(Ia)与补燃室支耳(2a)通过螺栓、螺母(3)连接；在燃气发生器壳体(I)和补燃室壳体(2)周边的四对发生器支耳(Ia)和补燃室支耳(2a)之间设计四组发生器凸台(Ib)和补燃室凸台(2b)，楔形连接板(4)上有与发生器凸台(Ib)和补燃室凸台(2b)匹配的锁紧孔，楔形连接板(4)通过该锁紧孔嵌压入发生器凸台(Ib)和补燃室凸台(2b )，将燃气发生器壳体(I)与补燃室壳体(2 )锁紧。
2.根据权利要求1所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:楔形连接板(4)的锁紧孔的两端为楔面，即在与发生器凸台(Ib)外侧的结合面呈内切角，即前倾角β，β=8° 13°，楔形连接板(4)的锁紧孔在与补燃室凸台(2b)外侧的结合面呈外切角，SP后倾角θ，θ=-2° -7° ;楔形连接板(4)的锁紧孔与发生器凸台(Ib)和补燃室凸台(2b)的周向侧面采用间隙配合，两端楔面为过盈紧配合。
3.根据权利要求1或2所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:补燃室壳体(2)后端等圆心角分布四个外连支耳(2d)，外连支耳(2d)包括耳体(2dl)，耳体(2dl)上有爆炸螺栓安装孔(2d5)，耳体(2dl)两侧的加强筋(2d2)，在外连支耳(2d)的根部、耳体(2dl)与加强筋(2d2)结合处有吸振槽(2d3)，加强筋(2d2)上设计减重孔(2d4)。
4.根据权利要求3所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:所述的外连支耳(2d)的耳体(2dl)板厚6mm,两侧的加强筋(2d2)板厚5mm ;所述的吸振槽(2d3)宽5mm、深IOmm,槽底为直径5mm圆 弧。
5.根据权利要求1或2所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:所述的燃气发生器壳体(I)的前端由封头(6)封闭,在燃气发生器壳体(I)前端内侧依次设内螺纹连接面(le)、直径小于螺纹连接面的定位面(Id)、直径小于定位面(Id)的导向环(lc)，封头(6)外沿的法兰环面(6a)与燃气发生器壳体(I)的定位面(Id)匹配，法兰环面(6b)与燃气发生器壳体(I)内侧的导向环(Ic)匹配；封头(6)的法兰端面(6c)与燃气发生器壳体(I)的平面(If)匹配，由螺套(7)上的外螺纹连接面(7a)与燃气发生器壳体(I)上的内螺纹连接面(Ie)配合将法兰端面(6 c )与燃气发生器壳体(I)的平面(If)压紧，在封头的法兰端面(6c)上设计有密封槽，两端面接触面上有第二 O型密封圈(8)置于密封环槽中实现端面静密封。
6.根据权利要求1或2所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:补燃室壳体(2)外表面上开有四个用于与进气道连接的窗口座(2e)，四个窗口座等圆心角分布。
7.根据权利要求1或2所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:所述的燃气发生器壳体(I)与补燃室壳体(2)连接处加厚并为对插结构，在对插的接触面上有密封凹槽放置第一 O型密封圈(5)。
8.根据权利要求3所述的固体火箭冲压组合发动机壳体，其特征在于:所述的燃气发生器壳体(I)的前端由封头(6)封闭，在燃气发生器壳体(I)前端内侧依次设内螺纹连接面(le)、直径小于螺纹连接面的定位面(Id)、直径小于定位面(Id)的导向环(lc)，封头(6)外沿的法兰环面(6a)与燃气发生器壳体(I)的定位面(Id)匹配，法兰环面(6b)与燃气发生器壳体(I)内侧的导向环(Ic)匹配；封头(6)的法兰端面(6c)与燃气发生器壳体(I)的平面(If)匹配，由螺套(7)上的外螺纹连接面(7a)与燃气发生器壳体(I)上的内螺纹连接面(Ie)配合将法兰端面(6 c )与燃气发生器壳体(I)的平面(If)压紧，在封头的法兰端面(6c)上设计有密封槽，两端面接触面上有第二 O型密封圈(8)置于密封环槽中实现端面静密封 。
全文摘要
本发明提供一种固体火箭冲压组合发动机壳体，包括燃气发生器壳体，在燃气发生器壳体后端连接补燃室壳体，燃气发生器壳体与补燃室壳体的连接是燃气发生器壳体和补燃室壳体周边设计对应的等圆心角分布的四对发生器支耳和补燃室支耳，发生器支耳与补燃室支耳通过螺栓、螺母连接；在燃气发生器壳体和补燃室壳体周边的四对发生器支耳和补燃室支耳之间设计四组发生器凸台和补燃室凸台，楔形连接板上有与发生器凸台和补燃室凸台匹配的锁紧孔，楔形连接板通过该锁紧孔嵌压入发生器凸台和补燃室凸台，将燃气发生器壳体与补燃室壳体锁紧。楔形连接板的锁紧孔的两端为楔面，楔形连接板的锁紧孔与发生器凸台和补燃室凸台的周向侧面采用间隙配合，两端楔面为过盈紧配合。补燃室壳体外表面上开有四个用于与进气道连接的窗口座。
文档编号F02K9/34GK103244309SQ20131015677
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者熊红霞, 方锡惠, 陈灏, 陈华, 滕延军, 王涛峰 申请人:湖北航天技术研究院总体设计所