[发明专利]一种推力室热防护结构

说明书

本发明公开了一种推力室热防护结构，涉及液体火箭发动机技术领域，以提高现有推力室热防护的能力。所述的一种推力室热防护结构，包括外壳和内壁，内壁采用耐高温合金材质，内壁与外壳之间形成供冷却液从第二端向第一端流通的冷却槽道，内壁的内表面等离子喷涂有热障涂层。本发明的推力室内壁热防护可靠，内壁采用合金基材结合内壁的热障涂层耐高温性能优于常用的内壁结合镍铬镀层的方案，内壁形成的冷却槽道再生冷却性能高且采用热障涂层防护具有良好的隔热效果与高温抗氧化性能。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种推力室热防护结构。

背景技术

大推力、高室压推力室中，通常燃烧室压力超过10MPa，甚至高达20MPa以上，热流密度高达到35MW/m²。当发动机热流密度增大时，推力室冷却困难，内壁热损伤问题突出，影响可靠工作及寿命。为提高内壁热防护能力，采用高导热率的铜合金(310W/(m·℃)/500℃)的铣槽结构再生冷却方案实现更优的换热冷却，铜合金使用温度超过500℃时强度很低(拉伸强度70～100MPa)且高温抗氧化能力下降，常用的镍铬镀层方案(许用温度约830℃)结合力较差、寿命短、抗高温氧化抗冲刷能力不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推力室热防护结构，提高现有推力室热防护能力。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种推力室热防护结构，包括：外壳；

内壁，所述内壁采用耐高温合金材质，所述内壁与所述外壳之间形成供冷却液从第二端向第一端流通的冷却槽道，所述内壁的内表面等离子喷涂有热障涂层。

与现有技术相比，本发明的推力室内壁热防护可靠，内壁采用耐高温合金材质结合内表面喷涂的热障涂层可承受1500℃高温，优于现有内表面结合的镍铬镀层，内壁形成的冷却槽道再生冷却性能高且采用热障涂层防护具有良好的隔热效果与高温抗氧化性能。

在一种实现方式中，所述热障涂层包括金属连接层和陶瓷层，所述金属连接层的厚度为50～90μm。

在一种实现方式中，所述冷却槽道的槽深为3.2～6.5mm，所述冷却槽道的槽底厚度为0.9mm～2.5mm。

在一种实现方式中，所述内壁从第一端向第二端包括依次连接的喷注器内壁、燃烧室内壁、收扩段内壁和喷管内壁；所述喷注器内壁的所述热障涂层厚度为220～250μm，所述燃烧室内壁的所述热障涂层厚度为190～220μm，所述喷管内壁的所述热障涂层厚度为190～220μm。

在一种实现方式中，所述收扩段内壁靠近所述燃烧室内壁设置有非喷涂区，所述非喷涂区沿圆周方向设置有冷却液膜环缝出口。

在一种实现方式中，所述热障涂层的热导率1.2～1.6W·mK^-1。

在一种实现方式中，所述内壁与所述热障涂层的结合强度不小于30MPa。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用复合冷却结构的涂层使用温度高，具有良好的隔热效果与高温抗氧化、耐腐蚀性能。

(2)本发明涂层相比传统的NiCr镀层，可进一步降低氧化速度，延长涂层的热循环寿命，提高热阻增强隔热能力，从而实现了长寿命、抗冲刷、能多次重复使用，工艺流程简单，耐磨损，热试车后维护处理简单，在推力室热防护应用前景广阔。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的推力室轴向截面图；

图2为本发明的内壁铣槽结构及表面喷涂涂层。