用于火箭發(fā)動機的在噴嘴的固定部與移動部之間設(shè)置有密封裝置的燃燒氣體排放噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于噴射火箭發(fā)動機的燃燒氣體的噴嘴，該噴嘴在噴嘴的固定部與移動部之間設(shè)置有密封裝置。本發(fā)明特別地可應(yīng)用于航天器比如特別地航天飛機的火箭發(fā)動機。移動部更特別地以噴嘴的可定向的擋板的形式制造。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的這種裝置與噴嘴分流式冷卻裝置結(jié)合。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明和本發(fā)明的改進基于在文獻EP 2 222 565 A1中描述的具有可定向擋板的
目.ο
[0003]在渦輪發(fā)動機上的已知的適應(yīng)性噴嘴不在火箭發(fā)動機上使用，這是因為明顯地在火箭發(fā)動機的航天應(yīng)用的情況下，由于外部環(huán)境處于比熱氣體壓力更低的壓力下，如果連接件是非流體密封的，那么熱氣體將流動通過該連接件流動至噴嘴的外部。這種流動將產(chǎn)生擾動力，從而通過減小噴射的軸向流速而降低性能，并且可以潛在地通過熱通量或火而損害對噴嘴的移動部的瓣狀部或擋板以及/或運載器的后部結(jié)構(gòu)件進行致動的機構(gòu)。因此，無疑地可以處理的一個基本方面是在噴嘴的移動部與固定部之間的連接件處相對于噴嘴內(nèi)側(cè)擴散的熱氣體形成密封。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出針對需要在定位有噴嘴的移動部處的部段處進行密封的解決方案，并且為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出了用于噴射來自火箭發(fā)動機的燃燒氣體的噴嘴，該噴嘴包括固定部和將固定部延伸的移動部，所述移動部以擋板的形式制造、定位在固定部的下游并且形成噴嘴的延伸部，噴嘴包括在固定部與移動部之間提供密封的呈撓性膜的燃燒形式的密封裝置，該撓性膜耐受在噴嘴出口處的溫度并且將固定部的端部連接至形成移動部的擋板或瓣狀部的邊界，撓性膜形成環(huán)形管，所述裝置設(shè)置有用于將氣體注入在介于固定部與延伸了所述噴嘴的移動部之間的撓性膜處的器件。
[0005]該實施方式具有特別的優(yōu)點，首先允許產(chǎn)生移動擋板，而同時避免噴嘴的固定部與移動部之間的噴射損失，并且其次限制了擋板與密封膜經(jīng)受的溫度。
[0006]在這種情況下，環(huán)形管優(yōu)選地構(gòu)造成將氣體分配在噴嘴的固定部的出口部段的周邊上。
[0007]環(huán)形管有利地定位成與移動部的鉸接部一致。
[0008]撓性膜為能夠持續(xù)經(jīng)受至少1000攝氏度的溫度的硅基織物。
[0009]根據(jù)一種特別的實施方式，隔離件包括介于兩個織物之間的陶瓷絕緣體，所述兩個織物中的一個織物包括在熱表面上的由鋁硼硅酸鹽耐火陶瓷纖維制成的織物，以及另一個織物為在冷表面上的芳綸纖維類型非比如聚對苯二甲酰對苯二胺，所述另一織物用于給予廣品的機械完整性。
[0010]本發(fā)明還涉及包括如上文限定的噴嘴的火箭發(fā)動機，該噴嘴具有固定部、移動部以及密封裝置，其中，擋板圍繞火箭馬達噴嘴的排出部段設(shè)置并作為固定部的延伸部。
[0011]撓性膜有利地形成用于在噴嘴的固定部與延伸所述噴嘴的移動部之間噴射火箭發(fā)動機的渦輪栗的渦輪機的排放氣體的環(huán)形管，排放氣體的壓力被調(diào)節(jié)為高于離開噴嘴的固定部的氣體的壓力。
[0012]根據(jù)一種特別的實施方式，擋板被鉸接在運載器的框架上。
[0013]框架有利地形成后部機身的安裝火箭發(fā)動機的部分。
[0014]擋板優(yōu)選地能夠移動并且能夠允許移動部:
[0015]采用封閉式錐形形狀(A)，以提供在大氣層飛行期間在火箭發(fā)動機沒有點火的情況下使運載器的基部的拖曳最小的空氣動力學外部形狀；
[0016]在火箭發(fā)動機的點火的時刻采用筒形形狀(B);
[0017]在火箭發(fā)動機擴散部的排出部段的延伸部和連續(xù)部中采用錐形擴散形狀(C)，以促使火箭發(fā)動機噴嘴的擴張。
[0018]在火箭推進飛行期間，錐形部的開度能夠根據(jù)海拔升高變化。
[0019]飛行器有利地包括用于使擋板樞轉(zhuǎn)的機構(gòu)，該機構(gòu)能夠允許所述擋板的差異性的打開或關(guān)閉(differential openings or closings)，所述擋板的差異性的打開或關(guān)閉使火箭發(fā)動機的噴嘴偏轉(zhuǎn)并且因此產(chǎn)生允許運載器繞俯仰軸和偏航軸線轉(zhuǎn)向的側(cè)向推力分量。
[0020]擋板優(yōu)選地設(shè)置成兩排，其中，相鄰的擋板的內(nèi)表面/外表面彼此搭疊，并且擋板適于在保持使噴射的燃燒氣體的泄漏最小的搭疊的同時允許噴嘴的排出部段變化。
【附圖說明】
[0021]通過參照附圖閱讀本發(fā)明的一個非限制的示例性實施方式的下列描述，本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中:
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的噴嘴的截面的示意圖；
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的噴嘴的截面的示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的擋板的特定的布置的后視圖；
[0025]圖4為配備有火箭發(fā)動機的飛行器的后部的截面的示意圖，其中，火箭發(fā)動機配備有根據(jù)本發(fā)明的擋板，噴嘴處于打開位置；
[0026]圖5為圖4的飛行器的后部，其中，擋板部分地關(guān)閉火箭發(fā)動機的噴嘴；
[0027]圖6為圖4的飛行器的后部，其中，擋板完全地關(guān)閉火箭發(fā)動機的噴嘴。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明首先最主要涉及圍繞火箭發(fā)動機的噴嘴的排出部段以瓣狀部形式設(shè)置的擋板的系統(tǒng)，并且該瓣狀部的系統(tǒng)安裝在運載器的屬于其中安裝火箭發(fā)動機的后部機身的框架上。
[0029]在本發(fā)明中，擋板和擴散部根據(jù)其必須經(jīng)受的溫度和機械載荷以傳統(tǒng)方式設(shè)計。擋板和擴散部可以由金屬或陶瓷材料制成，可以是耐熱的或例如通過冷推進劑的內(nèi)部循環(huán)而被冷卻。
[0030]本發(fā)明特別地應(yīng)用于利用氣體發(fā)生器循環(huán)操作的火箭發(fā)動機。
[0031]在實例中，使火箭發(fā)動機噴嘴的移動擋板或瓣狀部鉸接的系統(tǒng)基于涉及鉸接件、電動機械式致動器以及允許擋板傾斜的連桿的設(shè)置，以在噴嘴的移動部中使噴嘴關(guān)閉或打開。
[0032]圖1以截面的方式描繪由操作裝置鉸接的擋板2中的一個擋板，這里該操作裝置以連桿7、9、杠桿和搖臂6、8的形式制成，連桿7、9以及杠桿和搖臂6、8傳遞來自例如致動缸110的命令，以用于使擋板定向。擋板連接至框架100，在框架100上形成有樞轉(zhuǎn)點102、103以允許擋板的旋轉(zhuǎn)運動并且協(xié)調(diào)操作裝置的各元件。
[0033]由致動缸110啟動的裝置連接至飛行器的控制部或連接至導(dǎo)航計算機，該導(dǎo)航計算機根據(jù)飛行階段控制致動缸。
[0034]該裝置設(shè)計成獨立地移動各個擋板或整體地控制擋板。
[0035]擋板2定位在火箭發(fā)動機噴嘴的固定部1的延伸部中。
[0036]移動擋板的形狀和其動力學特征確定為使得獲得相鄰的移動元件的內(nèi)部表面/外部表面的搭疊，以在使噴射的燃燒氣體的泄漏最小的同時允許噴嘴的排出部段的變型。根據(jù)圖3，出于這種原因，擋板定位成兩排，其中，第一排擋板2b的側(cè)向端部被第二排的擋板2a部分地搭疊。與擋板的表面區(qū)域相比，搭疊的程度被確定為使得擋板之間的間隙之間的在這些擋板的以類似虹膜的系統(tǒng)的方式在整個運動范圍上的泄漏盡可能地最小或甚至完全地消除，這些擋板同時保持擋板的數(shù)量相對控制的復(fù)雜度和所承載的控制裝置的質(zhì)量而目是合理的。
[0037]回到圖1，在噴嘴的固定部1與移動部2之間定位有密封裝置。這些密封裝置以撓性膜4的形式制造，該撓性膜4呈環(huán)形管的形式并將固定部1的遠端la與實施為移動部的擋板2、2a、2b的鄰近于該端部的邊緣21連接。
[0038]該撓性膜繞固定部與移動部之間的連結(jié)部的周邊延伸、松配合至這些部件，并且該撓性膜由于其彎曲的或波紋狀形狀而適應(yīng)于擋板的運動。
[0039]該撓性膜是撓性隔熱類型的且使用陶瓷類產(chǎn)品制造，一些陶瓷類產(chǎn)品能夠持續(xù)地經(jīng)受超過1000攝氏度或甚至1300攝氏度的溫度，隔熱件包括例如位于兩個織物之間的陶瓷絕緣體，兩個織物中的一個織物比如包括鋁硼硅酸鹽耐火陶瓷纖維織物的材料(已知的3M公司商標NeXtel440)，該織物在熱表面上涂覆有有機精整層，以及織物中的另一個織物為在冷表面上的芳綸纖維類型比如已知的為商標Kevlar的聚對苯二甲酰對苯二胺，所述另一個織物用于給予產(chǎn)品的機械完整性。
[0040]膜使用已知的技術(shù)例如機械地固定至擴散部并且固定至擋板，特別地考慮溫度是相對低的，介于600攝氏度與最高1000攝氏度之間。
[0041]例如將利用在撓性膜的邊界處的槽類型固定孔和位于擴散部的冷表面上的栓釘進行固定，這些栓釘無論使用在陶瓷上還是使用在金屬上通過例如類似的已知的過程熔焊或釬焊配裝。
[0042]栓釘一一在栓釘?shù)淖杂啥瞬刻幵O(shè)置有螺紋一一穿過撓性膜中的槽。
[0043]旋擰在栓釘上的螺母夾