[发明专利]一种复合材料推力室的连接结构

说明书

一种复合材料推力室的新型连接结构，涉及液体双组元轨姿控发动机推力室复合材料和金属材料的连接方式领域；包括端头、过渡金属连接环、膨胀石墨密封圈、压环和喷管；其中，端头为圆台状结构；过渡金属连接环的一端沿轴向与端头固定连接；喷管沿轴向与过渡金属连接环固定连接；膨胀石墨密封圈套装在喷管与过渡金属连接环之间；压环固定安装在过渡金属连接环的轴向另一端；且压环固定安装在喷管与过渡金属连接环的连接处；本发明不仅适用于金属头部与复合材料喷管的连接，也适用于金属喷管与复合材料延伸段的连接，可简化连接结构，减轻推力室重量。

技术领域

本发明涉及一种液体双组元轨姿控发动机推力室复合材料和金属材料的连接方式领域，特别是一种复合材料推力室的连接结构。

背景技术

优化推力室结构设计，有效降低推力室结构重量，是高性能推力室设计需考虑的重要因素之一。采用密度小、具有良好高温性能的复合材料(C/SiC、C-C)喷管或延伸段是实现推力室轻质、高性能的重要途径。

但复合材料推力室的应用很大程度上取决于连接技术的发展。目前，液体双组元轨姿控发动机复合材料构件的连接主要是推力室钛合金头部与复合材料喷管的连接、金属喷管与复合材料延伸段之间的连接，归结起来是复合材料和金属材料的连接，连接的方法可采用机械连接和焊接两种方法。

机械连接主要方式为螺栓－法兰连接和螺纹连接，连接方式结构笨重，难以满足轨姿控发动机轻质、高性能的要求，且可靠性欠佳、重复使用率低。欧空局卫星用400N推力室采用C/SiC作为喷管，其头身连接就采用了螺栓－法兰连接。而金属材料与复合材料的钎焊技术尚不成熟。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合材料推力室的连接结构，不仅适用于金属头部与复合材料喷管的连接，也适用于金属喷管与复合材料延伸段的连接，可简化连接结构，减轻推力室重量。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种复合材料推力室的连接结构，包括端头、过渡金属连接环、膨胀石墨密封圈、压环和喷管；其中，端头为圆台状结构；过渡金属连接环的一端沿轴向与端头固定连接；喷管沿轴向与过渡金属连接环固定连接；膨胀石墨密封圈套装在喷管与过渡金属连接环之间；压环固定安装在过渡金属连接环的轴向另一端；且压环固定安装在喷管与过渡金属连接环的连接处。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述的过渡金属连接环为中空双环柱体结构；包括内环柱和外环柱；外环柱包裹在内环柱的外壁；且外环柱与内环柱之间设置有环形凹槽。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述内环柱的内径L1为14-16mm；内环柱壁厚L2为1.4-1.6mm；过渡金属连接环外壁直径L3为23-26mm；过渡金属连接环轴向长度L5为12-15mm；外环柱壁厚L4为1-1.4mm；环形凹槽径向宽度L6为2-3mm。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述的端头、过渡金属连接环和压环均采用钛合金材料。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述膨胀石墨密封圈固定安装在环形凹槽内；且在喷管的挤压下，膨胀石墨密封圈沿轴向向端头方向压缩；膨胀石墨密封圈的最大压缩量为原轴向长度的25％-30％。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述喷管为变径柱体结构；喷管的大径端与过渡金属连接环的轴向一端接触；且喷管的大径端的外壁与过渡金属连接环的外环柱内壁接触；喷管的内径为为14-16mm；喷管小径端的壁厚L7为1.5-1.7mm。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述压环为截面为L形的中空环状结构；压环的拐角处与外环柱的轴向一端固定连接；压环的伸长端与喷管的大径端轴向接触。

在上述的一种复合材料推力室的连接结构，所述压环内壁的直径比喷管小径端的外壁直径大0.7-1.7mm。