[发明专利]一种整体化无缝喷注器及其成形方法

说明书

本发明公开了一种整体化无缝喷注器，包括一体成形的一底、二底和喷注单元；一底、二底之间构成推进剂腔，二底与外部壳体构成氧化剂腔；喷注单元包括喷注单元壁、推进剂喷嘴、氧化剂喷嘴；喷注单元壁围成氧化剂喷嘴，喷注单元壁第一端设有连通氧化剂腔和氧化剂喷嘴的氧化剂入口，喷注单元壁第二端为双层壁面结构，内层壁面与外层壁面之间构成推进剂喷嘴，外层壁面设有连通推进剂腔和推进剂喷嘴的推进剂入口，外层壁面与一底连接；推进剂喷嘴和氧化剂喷嘴的出口与一底平齐。本发明还公开了一种整体化无缝喷注器的成形方法，具体为采用激光选区熔化增材制造方法成形。本发明实现了喷注器的整体设计与制造，取消了薄弱焊缝，提高了喷注器的质量和可靠性，简化了制造工艺流程。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种整体化无缝喷注器及其成形方法。

背景技术

喷注器组件是液体火箭发动机头部中的核心装置，其主要功能是实现火箭发动机液体推进剂与氧化剂的喷注、雾化以及混合，喷入燃烧室燃烧产生推力。喷注器主要由一底、二底以及少则数个多则数百个喷嘴组成，加工精度要求高，加工工艺复杂、制造周期长、产品一致性难以得到保证。喷注器现有制造技术是分别加工推进剂喷嘴和氧化剂喷嘴，采用高能束等焊接工艺将两个喷嘴焊接在一起。再通过钎焊与一底、二底焊接成推进剂腔。由于喷注器中钎缝较多，属于薄弱焊缝，存在较大的焊缝质量隐患。钎缝开裂会导致推进剂与氧化剂串腔，引起发动机爆炸。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种整体化无缝喷注器及其成形方法，解决了现有喷注器零件多，焊缝较多，存在较大的钎焊缝质量隐患的技术难题。本发明实现了喷注器的整体设计与制造，取消了全部焊缝，提高了喷注器的质量可靠性，简化了制造工艺流程。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种整体化无缝喷注器，包括一体成形的一底、二底和喷注单元；

一底、二底之间为推进剂腔，二底与外部集合器以及顶盖构成氧化剂腔；

喷注单元包括喷注单元壁、推进剂喷嘴和氧化剂喷嘴；喷注单元壁围成氧化剂喷嘴，喷注单元壁第一端设有连通氧化剂腔和氧化剂喷嘴的氧化剂入口，喷注单元壁第二端为双层壁面结构，内层壁面与外层壁面之间构成推进剂喷嘴，外层壁面设有连通推进剂腔和推进剂喷嘴的推进剂入口，外层壁面与一底连接；推进剂喷嘴和氧化剂喷嘴的出口与一底平齐。

进一步的，一底为圆盘结构，二底包括圆盘结构的底面和筒状结构的侧面，侧面与底面垂直；

二底的侧面上设有圆周排布的推进剂腔入口；

一底与二底组成的推进剂腔为无缝一体化结构。

进一步的，推进剂腔入口为四角为圆角的菱形，菱形的长轴与短轴的长度比＞1:1，长轴方向平行于二底侧面的轴向，短轴方向沿二底侧面的周向；菱形的圆角直径为2mm～5.5mm。

进一步的，喷注单元的轴线垂直于一底和二底的底面；

喷注单元绕一底的中心轴呈多层圆周排布。

进一步的，外层壁面与一底的连接处设有圆角，圆角的半径r≤5.5mm；

任意相邻两个喷注单元的中心间距a≤3mm+d+r，d为喷注单元的外径。

进一步的，采用不锈钢、高温镍基合金或铜合金制备得到。

进一步的，推进剂喷嘴内层壁面与外层壁面之间环形间隙的间隙尺寸≥0.1mm；

喷注单元壁第二端的内层壁面和外层壁面的厚度均≥0.5mm。

上述一种整体化无缝喷注器的成形方法，采用激光选区熔化增材成形方法对一底、二底和喷注单元进行整体成形，包括：