SE520268C2 - Del till en raketmotor för flytande bränsle samt förfarande för framställning av en del till en raketmotor - Google Patents

Description

25 30 520 268:@,:;»v,r 2 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är därför att tillhandahålla en raketmotordel med en reducerad värmebelastning pà den lastbärande väggstrukturen.

Detta syfte 'uppnås genonl den uppfinningsenliga, delen, som kännetecknas av att ett material med en högre värmeledningsförmága än. den lastbärande *väggstrukturen har anbringats pà nämnda väggstruktur.

Som ett resultat av uppfinningen kan en raketmotordel som uppvisar hög tryckkapacitet, en läng fördelaktigt tillverkas, cykellivslängd såväl som ett areaförhällande.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen framgàr av de följande beroendekraven.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, pà ett icke-begränsande sätt med hänvisning till de bifogade ritningarna, varvid FIG 1 är en schematisk sidovy som visar ett raketmunstycke med en uppfinningsenlig väggstruktur, FIG 2 är en partiell tvärsnittsvy utmed linjen A-A i Fig. l, vilken visar ett tvärsnitt av väggstrukturen enligt en första utföringsform av uppfinningen, och FIG 3 är en partiell tvärsnittsvy utmed linjen A-A i Fig. 1, vilken visar kylkanaler vid munstyckets inloppsände enligt en andra utföringsform av uppfinningen. 10 15 20 25 30 520 2es¿;»¿¿ s 3 DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I Fig l visas en schematisk och nàgot förenklad sidovy som har producerats i av ett utloppsmunstycke 10 enlighet med den föreliggande uppfinningen. Munstycket är avsett för användning i raketmotorer av den typ som utnyttjar flytande bränsle, exempelvis flytande väte. En sàdan raketmotors arbetssätt är tidigare känt i sig och beskrivs därför inte i detalj här. Munstycket 10 kyls med hjälp av ett kylmedel som företrädesvis även används som bränsle i raketmotorn ifräga. Uppfinningen är emellertid inte begränsad till utloppsmunstycken av denna typ, utan kan även användas för raketbrännkammare och i de fall där kylmedlet dumpas efter att ha använts för kylning.

Utloppsmunstycket tillverkas med en yttre form som är väsentligen klockformad. Munstycket 10 bildar säledes en symmetriaxel och en rotationskropp som har en tvärsnittsform som varierar i diameter utmed nämnda axel.

Munstycksväggen utgörs av en struktur som innefattar ett flertal 11, vilka munstyckets längsaxel fràn. munstyckets inloppsände 12 inbördes intilliggande, rörformiga kylkanaler sträcker sig väsentligen parallellt med till dess utloppsände 13. Strukturens utsida innefattar en kontinuerlig metallplàtsvägg 14. De rörformiga kanalerna ]J_ är krökta i. deras längdriktning för att anpassa sig till munstyckskonturen, de är orienterade axiellt utmed munstycksväggen och i denna position förenas de med metallväggen genom svetsning. Svetsarna utförs företrädesvis via lasersvetsning fràn utsidan.

Detta arrangemang bildar ett läckagetätt munstycke med samtliga fogar pà den kalla sidan av väggstrukturen. 10 15 20 25 30 . . . , v.

I' ~ - -- .. . .1 Ii! ' -f . ø , f _ _, ^ ' r ~ . . , . . _; _ ._ =., Kylkanalerna ll i utföringsformen enligt Fig. 2 och 3 utgörs av rör 15 med cirkulära tvärsnitt, vart och ett med en varierande tvärsnittsstorlek. Rören 15 kan vara sömlösa och uppvisa en _mindre tvärsnittsstorlek vid munstyckets inloppsände 12 än vid den motsatta änden.

Fig. 2 visar ett tvärsnitt av väggstrukturen. Väggens insida har täckts med ett termiskt ledande material 17 för en ökad värmeöverföring fràn metallväggen 14 till rören 15. Detta möjliggör för varje rör 15 att kyla en större del av omkretsen och därmed kan ett bestämt antal rör kyla en större diameter. Samtidigt kan kanalernas Pà detta sätt kan I ett fall där tvärsnittsarea vara relativt liten. kylkanalernas tryckkapacitet vara hög. det ledande materialet, till exempel koppar eller silver, fullkomligt fyller kaviteten, är det möjligt att uppnà mycket höga tryck- och areaförhàllanden.

Processen att anbringa det ledande materialet kan inkludera lödning eller lasersintring. Genom att introducera ett ledande material i utrymmet mellan kylkanalerna är det. möjligt att öka avständet mellan därmed uppnà stora munstycksarea- kanalerna och förhállanden utan att öka kylkanalens tvärsnittsstorlek alltför mycket och bibehålla tryckkapaciteten.

Fig. 3 visar en andra utföringsform av uppfinningen där U-formade profiler 18 utnyttjas istället för de ovan beskrivna cirkulära rören. Profilerna har en varierande tvärsnittsstorlek och en varierande materialtjocklek.

Profilerna tillverkas genom tryckformning av plátremsor.

Vanligtvis tillverkas profilerna av rostfritt stål och den nödvändiga superlegeringar för att åstadkomma 10 15 20 25 30 520 2eggg;=y¿;;pf 5 hàllfastheten och vara tillverkningstekniskt utförbart.

Livslängden för de delar av raketelementet som utsätts för en hög termisk belastning förväntas vara làg dä dessa material har en låg värmeöverföringskapacitet_ Enligt uppfinningen räder man bot pà detta genom att använda värmeledningsmaterialet 17 i syfte att reducera den väggyta som exponeras mot flamman. Kanalprofilens yta, som exponeras för värmebelastning ökas också eftersom värmeledningsmaterialet fördelar värmen till en större del av kanalprofilen. Bàda dessa atgärder, tillsammans eller separat, reducerar värmetillförseln per areaenhet av kanalprofilen. I praktiken reduceras värmetillförseln med ungefär 20-30% och denna tillförsel fördelas över en större yta (ungefär 50%) med den visade konfigurationen.

Variationen i profiltjocklek är anpassad till eller tjockleksfördelningen hos förbättra munstyckets längd. Yt- profilerna kan också modifieras för att kylnings- eller spänningsfördelningen, Värmelednings- materialet 17 är tillräckligt tjockt för att fullkomligt täcka profilerna 18. Även väggsektionens utsida har täckts med ett lager 19 av värmeledningsmaterialet, exempelvis koppar.

Det är möjligt att bygga strukturerna som beskrivs ovan fràn gemensamma material för raketmunstycksrören, sàsom rostfritt stàl och nickelbaserade superlegeringar.

Munstyckets förlängning skulle kunna byggas pá ett mindre kostsamt sätt eftersom värmebelastningen är begränsad. 10 520 268§pg¿; 6 Den rotationssymmetriska ytan hos munstycksstrukturen enligt uppfinningen tillhandahåller styvhet i sig själv och tillàter om nödvändigt fastgöring av förstyvnings- element pà ett enkelt sätt.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav.

Exempelvis kan den förbättrade väggstrukturen också appliceras hos externa expansionsmotorer, såsom runda och linjära sà kallade aerospike-motorer.

Claims (12)

10 15 20 25 30 520 268 > u . , . u NYA PATENTKRAV

1. Del (10) vilken raketmotordel har en (14,l5) till en raketmotor för flytande bränsle, lastbärande väggstruktur innefattande ett flertal kylkanaler (11), varvid kontinuerlig (11) metallplàtsväggens (17) värmeledningsförmàga éül den lastbärande väggstrukturen utsida innefattar en (14), làngdriktning är väggstrukturens metallplàtsvägg varvid kylkanalerna i deras fastgjorda vid struktur, och 'varvid. ett material med en högre (14,15) har anbringats pà nämnda väggstrukturs insida k ä n n e t e c k n a d av, (17) mellan kylkanalerna att materialet har anbringats pá metallplàtsväggen (14) (11) bildar en kontinuerlig förbindning' mellan närliggande pà sådant sätt att det kylkanaler utmed väggen och ger en ökad värmeöverföring fràn väggen till kanalerna.

2. Del enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att materialet (17) omger kylkanalerna (11).

3. Del enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av, (17) (19) pà väggstrukturens att materialet även är positionerat som ett skikt (14,15) utsida.

4. Del enligt nàgot avgkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d av, (17) att materialet innefattar koppar.

5. Del enligt nágot av kraven 1-3, 10 15 20 25 30 520 268 . . . . , u 8 k ä n n e t e c k n a d av, att materialet (17) innefattar silver.

6. Del enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av, att materialet (17) har anbringats genom lödning.

7. Del enligt nägot av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av, att materialet (17) har anbringats genom lasersintring.

8. Förfarande för framställning av en del (10) till en raketmotor för flytande bränsle, varvid ett flertal kylkanaler (15) i deras längdriktning fastgörs vid en kontinuerlig, yttre metallplätsvägg (14) för att bilda en lastbärande väggstruktur (14,15), varvid ett material (17) lastbärande väggstrukturen högre värmeledningsförmága än den (l4,l5) med en anbringas pá nämnda väggstrukturs insida k ä n n e t e c k n a t av, (17) mellan kylkanalerna (14) pà sàdant sätt att det bildar anbringas pà metallplätsväggen (ll) förbindning att materialet en kontinuerlig mellan. närliggande kylkanaler utmed väggen och ger en ökad värmeöverföring fràn väggen till kanalerna.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av, (17) (ll). att nmterialet anbringas pà sàdant sätt att det omger kylkanalerna

10. Förfarande enligt krav 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a t av, 10 520 268 9 att materialet (17) även positioneras som ett skikt (19) på väggstrukturens (l4,l5) utsida.

11. ll. Förfarande enligt krav 8, 9 eller 10, k à n n e t e c k n a d av, (17) att materialet anbringas genom lödning.

12. Förfarande enligt krav 8, 9 eller 10, k ä n n e t e c k n a d av, att materialet (17) anbringas genom lasersintring.