JPH0558598U - 冷却構造体 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷却構造体の長寿命化を図る。
【構成】 一側に複数の溝７を有するニオブ合金よりな
る冷却構造体本体５と、該冷却構造体本体５の一側に固
着されたチタンよりなる外殻構造体６と、前記各溝７の
溝底面部及び溝両側面部を被覆する冷却媒体に侵されな
い材質の金属よりなる金属コーティング層９と、該金属
コーティング層９により被覆された各溝７と前記外殻構
造体６の冷却構造体本体５に対峙する面により形成され
る冷却媒体流路８と、前記冷却構造体本体５の反外殻構
造体Ａ側の面を被覆する耐熱コーティング層１０とを備
える。 【効果】 冷却構造体本体５を高温条件下で熱膨張率が
小さく且つ降伏点が高いニオブ合金により形成している
ので、冷却構造体の長寿命化を図ることができる。
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小さく且つ降伏点が高いニオブ合金により形成している
ので、冷却構造体の長寿命化を図ることができる。
Description
【０００１】
本考案は冷却構造体に関するものである。
【０００２】
図６は従来よりロケットノズル等の冷却構造を必要とする燃焼室に用いられて いる冷却構造体の一例を示し、１はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）よりなる冷却 構造体本体、２は該冷却構造体本体１の一側に固着されたチタン等の高強度金属 部材よりなる外殻構造体であり、前記冷却構造体本体１の反外殻構造体Ａ側の面 によって燃焼室内壁を、また、前記外殻構造体２の反冷却構造体本体Ｂ側の面に よって燃焼室外壁を形成している。
【０００３】 前記冷却構造体本体１の外殻構造体２と対峙する面には、略平行に延びる複数 の溝３が設けられていて、該溝３と前記外殻構造体２の冷却構造体本体１と対峙 する面によって冷却媒体流路４を形成している。
【０００４】 上記構成を有する冷却構造体を用いたロケットノズル等の燃焼室では、燃焼室 内に燃焼ガス等の高温ガスを流通させる際に、前記冷却媒体流路４に冷却媒体を 連続的に流通させて冷却構造体自体を積極的に冷却し、冷却構造体本体１が高温 ガスによって溶融するのを防止している。
【０００５】
ところが、ステンレス鋼よりなる冷却構造体本体１は、計算上求められる低サ イクル疲労寿命（繰り返し再使用可能な回数）が比較的低く（１２０回程度）、 近年計画されている宇宙往還機のロケットノズルのミッション要求回数（２４０ 回程度）を達成することができない。
【０００６】
【調査結果による知見】 かかる問題を解決するために考案者らは、冷却構造体本体を形成すべき金属の 物性と該金属により形成される冷却構造体本体の低サイクル疲労寿命との関係に ついて鋭意調査を行った結果、高温条件下で熱膨張率が小さく且つ降伏点が高い 金属により形成される冷却構造体本体ほど、低サイクル疲労寿命が高くなるとい う知見を得るに至った。
【０００７】
本考案は低サイクル疲労寿命が高い冷却構造体を提供することを目的としてい る。
【０００８】
上記目的を達成するために本考案の冷却構造体は、一側に複数の溝を有する冷 却構造体本体と、前記溝を覆うように冷却構造体本体の一側に固着された外殻構 造体とよりなり、前記溝と外殻構造体の冷却構造体本体に対峙する面とにより複 数の冷却媒体流路を形成した冷却構造体において、冷却構造体本体をニオブ合金 によって、また外殻構造体をチタン等の高強度金属によって形成し、前記冷却構 造体本体の反外殻構造体側の面を耐熱コーティング層により被覆し、前記冷却媒 体流路を形成する各溝の溝底面部及び溝両側面部を冷却媒体に侵されない材質の 金属よりなる金属コーティング層によって被覆した構成を備えている。
【０００９】
本考案の冷却構造体では、冷却構造体本体を高温条件下で熱膨張率が小さく且 つ降伏点が高いニオブ合金により形成しているので、冷却構造体の低サイクル疲 労寿命が格段に高くなる。
【００１０】 また、ニオブ合金よりなる冷却構造体本体の反外殻構造体側の面を、耐熱コー ティング層により被覆してニオブ合金の高温酸化を防止しているので、冷却構造 体により構成されるノズル内を流通する燃焼ガスの温度を上昇させることが可能 となり、ロケットエンジンの高性能化を図ることができる。
【００１１】 更に、冷却構造体本体に設けた各溝の溝底面部及び溝両側面部を水素に侵され ない材質の金属よりなる金属コーティング層により被覆しているので、ヒドラジ ン等の冷却媒体に対するニオブ合金の耐腐食性を向上させることができる。
【００１２】
以下本考案の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】 図１は本考案の冷却構造体の一実施例を示すもので、５はニオブ合金（コロン ビウム合金Ｃ１０３）よりなる冷却構造体本体、７は冷却構造体本体５の一側に 設けた略平行に延びる複数の溝、９は各溝７の溝底面部及び溝両側面部を含めた 冷却構造体本体５の一側を被覆するチタンコーティング層（金属コーティング層 ）、６は前記溝７を覆うようにチタンコーティング層９を介して前記冷却構造体 本体５一側に固着されたチタンよりなる外殻構造体、８は前記チタンコーティン グ層９に被覆された溝７と外殻構造体６の冷却構造体本体５に対峙する面により 形成される冷却媒体流路、１０は前記冷却構造体本体５の他側に形成したシリサ イドコーティング層（耐熱コーティング層）であり、前記シリサイドコーティン グ層１０の反冷却構造体本体Ａ側の面によって燃焼室内壁を、また、前記外殻構 造体６の反冷却構造体本体Ｂ側の面によって燃焼室外壁を形成している。
【００１４】 図７はニオブ合金（コロンビウム合金Ｃ１０３）とステンレス鋼（ＳＵＳ３０ ４）の温度変化に対する線膨張率αの変化を示すグラフ、図８は前記ニオブ合金 とステンレス鋼の温度変化に対する降伏応力σTYの変化を示すグラフであり、図 ７あるいは図８において、実線はニオブ合金の線膨張率αあるいは降伏応力σTY の変化を、また鎖線はステンレス鋼の線膨張率αあるいは降伏応力σTYの変化を 表わしている。
【００１５】 図７及び図８からわかるように、ニオブ合金のほうがステンレス鋼よりも高温 条件下における熱膨張率が小さく、降伏点が高い。
【００１６】 以下、図１から図５により本実施例の冷却構造体により構成されるロケットノ ズルを製作する手順を説明する。
【００１７】 ニオブ合金の鍛造部材を機械加工して筒状の冷却構造体本体５を形成し、該冷 却構造体本体５の外周面Ｂ側に前後方向へ延びる複数の溝７を機械加工により設 ける（図２参照）。
【００１８】 前記冷却構造体本体５の全面に、研掃処理、脱脂処理等の前処理を行ったうえ 、冷却構造体本体５の外周面及び両端部にマスキングを施し、冷却構造体本体５ の内周面Ａ側にシリサイドエマルジョン（Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉの各粉末を溶 剤と混合した塗料）を塗布し、冷却構造体本体５を加熱炉に入れて約１４００℃ に加熱し、シリサイドエマルジョンを冷却構造体本体５の内周面Ａ側に焼付けて シリサイドコーティング層１０を形成する（図３参照）。
【００１９】 シリサイドコーティング層１０が形成されたならば、前記マスキングを除去し 、冷却構造体本体５に脱脂処理等の前処理を入念に行った後、シリサイドコーテ ィング層１０の反冷却構造体本体Ａ側の面及び冷却構造体本体５の両端部にマス キングを施し、冷却構造体本体５をチタン鍍金槽に入れ、各溝７の溝底面部及び 溝両側面部を含めた冷却構造体本体５の外周面Ｂ側にチタンを電着させてチタン コーティング層９を形成し、前記マスキングを除去したうえ、チタンコーティン グ層１０の表面を機械加工により平滑に仕上げる（図４参照）。
【００２０】 次いで、冷却構造体本体５に脱脂処理等の前処理を行った後、チタンコーティ ング層９により被覆された溝７にワックス等の低融点可溶剤１１を充填し、該低 融点可溶剤１１の表面に導電処理を行い、シリサイドコーティング層１０の反冷 却構造体本体Ａ側の面及び冷却構造体本体５の両端部にマスキングを施し、冷却 構造体本体５を電鋳槽に入れて冷却構造体本体５の外周面Ｂ側にチタンを電着さ せて外殻構造体６を形成する（図５参照）。
【００２１】 更に、前記マスキングを除去したうえ、冷却構造体本体５を全体的に加熱して 低融点可溶剤１１を各溝７の端部より冷却構造体本体５の外部へ流出させ、チタ ンコーティング層９により被覆された溝７と外殻構造体６の冷却構造体本体５に 対峙する面とで冷却媒体流路８を形成し、また、外殻構造体６の表面を機械加工 により平滑に仕上げる（図１参照）。
【００２２】 図１に示す冷却構造体を用いたロケットノズル等の燃焼室では、燃焼室内に燃 焼ガス等の高温ガスを流通させる際に、前記冷却媒体流路８に冷却媒体（ロケッ トの燃料に用いるヒドラジン）を連続的に流通させて冷却構造体自体を積極的に 冷却し、冷却構造体本体５が高温ガスによって溶融するのを防止する。
【００２３】 本実施例の冷却構造体では、冷却構造体本体５をステンレス鋼（ＳＵＳ３０４ ）に比べて高温条件下で熱膨張率が小さく且つ降伏点が高いニオブ合金（コロン ビウム合金Ｃ１０３）（図７及び図８参照）により形成しているので、低サイク ル疲労寿命が格段に高くなり（４２００回程度）、近年計画されている宇宙往還 機のロケットノズルのミッション要求回数を達成することができ、燃焼ガスの圧 力を上昇させることができる。
【００２４】 また、高温条件下で降伏点の高いニオブ合金よりなる冷却構造体本体５の反外 殻構造体Ａ側の面を、更に、シリサイドコーティング層１０により被覆してニオ ブ合金の高温酸化を防止しているので、燃焼ガスの温度を上昇させることが可能 となり、ロケットエンジンの高性能化を図ることができる。
【００２５】 更に、冷却構造体本体５に設けた各溝７の溝底面部及び溝両側面部を、水素に 侵されない材質のチタンコーティング層９により被覆しているので、冷却媒体 （ヒドラジン）に対するニオブ合金の耐腐食性を向上させることができる。
【００２６】 なお、本考案の冷却構造体は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、 金属コーティング層を冷却構造体本体に設けた各溝の溝底面部及び溝両側面部の みに形成させるようにすること、金属コーティング層をチタンに替えてニッケル 等の他の金属によって形成させるようにすること、耐熱コーティング層をシリサ イドコーティングに替えてアルミナイドコーティング等の他の耐熱性物質によっ て形成させるようにすること、その他、本考案の要旨を逸脱しない範囲内におい て種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２７】
以上述べたように、本考案の冷却構造体によれば下記のような種々の優れた効 果を奏し得る。
【００２８】 （１）冷却構造体本体を高温条件下で熱膨張率が小さく且つ降伏点が高いニオ ブ合金により形成しているので、冷却構造体の低サイクル疲労寿命が格段に高く なり、近年計画されている宇宙往還機のロケットノズルのミッション要求回数を 達成することができ、また、燃焼ガスの圧力を上昇させることができる。
【００２９】 （２）ニオブ合金よりなる冷却構造体本体の反外殻構造体側の面を、耐熱コー ティング層により被覆してニオブ合金の高温酸化を防止しているので、冷却構造 体により構成されるノズル内を流通する燃焼ガスの温度を上昇させることが可能 となり、ロケットエンジンの高性能化を図ることができる。
【００３０】 （３）冷却構造体本体に設けた各溝の溝底面部及び溝両側面部をチタンコーテ ィング層により被覆しているので、ヒドラジン等の冷却媒体に対するニオブ合金 の耐腐食性を向上させることができる。
【図１】本考案の冷却構造体の一実施例を示す一部切断
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図１に示す冷却構造体の製作手順を示す一部切
断斜視図である。
断斜視図である。
【図３】図１に示す冷却構造体の製作手順を示す一部切
断斜視図である。
断斜視図である。
【図４】図１に示す冷却構造体の製作手順を示す一部切
断斜視図である。
断斜視図である。
【図５】図１に示す冷却構造体の製作手順を示す一部切
断斜視図である。
断斜視図である。
【図６】従来の冷却構造体の一例を示す一部切断斜視図
である。
である。
【図７】ニオブ合金（コロンビウム合金Ｃ１０３）とス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の温度変化に対する線膨張
率の変化を示すグラフである。
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の温度変化に対する線膨張
率の変化を示すグラフである。
【図８】ニオブ合金（コロンビウム合金Ｃ１０３）とス
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の温度変化に対する降伏応
力の変化を示すグラフである。
テンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の温度変化に対する降伏応
力の変化を示すグラフである。
５ 冷却構造体本体 ６ 外殻構造体 ７ 溝 ８ 冷却媒体流路 ９ チタンコーティング層（金属コーティング層） １０ シリサイドコーティング層（耐熱コーティング
層）
層）
Claims (1)
- 【請求項１】 一側に複数の溝を有する冷却構造体本体
と、前記溝を覆うように冷却構造体本体の一側に固着さ
れた外殻構造体とよりなり、前記溝と外殻構造体の冷却
構造体本体に対峙する面とにより複数の冷却媒体流路を
形成した冷却構造体において、冷却構造体本体をニオブ
合金によって、また外殻構造体をチタン等の高強度金属
によって形成し、前記冷却構造体本体の反外殻構造体側
の面を耐熱コーティング層により被覆し、前記冷却媒体
流路を形成する各溝の溝底面部及び溝両側面部を冷却媒
体に侵されない材質の金属よりなる金属コーティング層
によって被覆したことを特徴とする冷却構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP533692U JPH0558598U (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 冷却構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP533692U JPH0558598U (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 冷却構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0558598U true JPH0558598U (ja) | 1993-08-03 |
Family
ID=11608395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP533692U Pending JPH0558598U (ja) | 1992-01-16 | 1992-01-16 | 冷却構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0558598U (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015025159A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 三菱重工業株式会社 | 孔あき構造体の製造方法、及び、孔あき構造体 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6173888A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-16 | Natl Aerospace Lab | 析出硬化型耐熱銅合金の表面処理方法 |
-
1992
- 1992-01-16 JP JP533692U patent/JPH0558598U/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6173888A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-16 | Natl Aerospace Lab | 析出硬化型耐熱銅合金の表面処理方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015025159A (ja) * | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 三菱重工業株式会社 | 孔あき構造体の製造方法、及び、孔あき構造体 |
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