[发明专利]空间发动机喷管及空间飞行器

说明书

本发明提供了一种空间发动机喷管及空间飞行器，包括铌合金基材、抗氧化硅化物涂层以及红外隐身涂层；发动机喷管包括铌合金基材构成的拉法尔喷管造型的薄壁回转体；抗氧化硅化物涂层喷涂在铌合金基材的内表面和外表面；红外隐身涂层制备区域位于发动机喷管的扩张端外壁，红外隐身涂层包括匹配层、粘结层和低发射率层；匹配层制备在铌合金基材外表面的抗氧化硅化物涂层上，粘结层制备在匹配层上，低发射率层制备在粘结层上。发动机喷管未附着有红外隐身涂层的区域采用结构遮挡的方式实现红外隐身。本发明通过制备红外隐身涂层，有助于降低喷管外表面红外发射率，从而有助于显著提升空间发动机喷管的红外隐身能力。

技术领域

本发明涉及航天器推进系统技术领域，具体地，涉及一种空间发动机喷管及空间飞行器。

背景技术

空间发动机为空间飞行器变轨调姿提供动力，广泛用于武器、卫星、飞船等领域。喷管是空间发动机的核心部件，将燃烧室内高温燃气的热能转化为动能，使发动机产生推力。

随着红外探测技术的飞速发展，红外探测已经成为先进武器战场态势感知的重要手段之一，逐渐引起了各军事强国的重视，相关技术也得到了快速发展。空间武器的喷管部位温度最高，红外暴露征候最为明显，受到红外制导武器攻击的威胁加剧。为了提高新一代空间武器的生存与突防能力，亟需发展先进有效的红外隐身技术。

红外辐射主要通过大气进行传输，大部分红外线都会被大气吸收而损耗掉，仅有某些波段的红外辐射能够在大气中远距离传输，通常称为“大气窗口”，这三个窗口对应的具体波段为0.76～2.6μm(近红外)，3～5μm(中红外)和8～14μm(远红外)。红外低发射率涂层技术是在高温部位涂覆红外低发射率材料，以降低特定的波长发射率，使得被遮蔽物体拥有与背景匹配的红外辐射强度，是一种达到提升隐身性能简单、便捷、有效的技术途径，主要用于军事飞机领域。

专利文献CN210714882U公开了一种火箭发动机喷管，包括收敛段绝热层，扩张段绝热层，设置在收敛段绝热层和扩张段绝热层之间的连接段绝热层，以及设置在收敛段绝热层、连接段绝热层和扩张段绝热层外侧的壳体。

发明人认为，常见的喷管结构为铌合金基材内外表面喷涂抗氧化硅化物涂层，当空间发动机工作时，喷管内燃气温度超过3000℃，喷管外表面最高温度可达1400℃，甚至更高，不具备红外隐身功能。因此，有必要设计一种具备红外隐身功能的空间发动机喷管，降低喷管外表面红外发射率，提升空间发动机喷管的隐身能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间发动机喷管及空间飞行器。

根据本发明提供的一种空间发动机喷管,包括，铌合金基材、抗氧化硅化物涂层以及红外隐身涂层；所述发动机喷管包括所述铌合金基材构成的拉法尔喷管造型的薄壁回转体，所述发动机喷管包括依次设置的收缩端、中间喉部以及扩张端；所述抗氧化硅化物涂层喷涂在所述铌合金基材的内表面和外表面；所述红外隐身涂层制备区域位于所述发动机喷管的扩张端外壁，所述红外隐身涂层包括匹配层、粘结层和低发射率层；所述匹配层制备在所述铌合金基材外表面的所述抗氧化硅化物涂层上，所述粘结层制备在所述匹配层上，所述低发射率层制备在所述粘结层上。

优选地，所述发动机喷管的扩张端采用变壁厚设计，厚度由靠近中间喉部的一端向远离中间喉部的一端均匀减少。

优选地，所述红外隐身涂层的制备区域为所述喷管面积比15：1至所述喷管出口范围内的区域。

优选地，所述红外隐身涂层的制备区域对应的所述喷管外壁温度低于1200℃。

优选地，所述低发射率层包括金属Pt膜层。

优选地，所述红外隐身涂层的厚度2～10μm。

优选地，所述发动机喷管的总长10～1000mm，收缩端内径Φ10～200mm，喉部内径Φ2～80mm，扩张端出口内径Φ15～600mm。