SE520261C2 - Förfarande för tillverkning av utloppsmunstycke - Google Patents

Description

20 25 30 ,. H-v 520 261 Enligt ett tidigare känt förfarande för framställning av ett kylt utloppsmunstycke utnyttjas rektangulära rör med tillverkade av nickelbaserat konstant tvärsnittsform stàl eller rostfritt stàl, vilka rör anordnas parallellt med varandra och svetsas ihop. Rören lindas efter en skruvlinjeform så att de bildar en skruvlinjevinkel vinkel ökar till relativt munstyckets längdaxel, vilken progressivt fràn munstyckets inloppsände dess utloppsände sà att en klockformad munstycksvägg bildas.

Raketmotorns avgaser flödar utmed den inre ytan av ett sädant munstycke med skruvlinjeformigt lindade rör, vilket leder till en vinklad reaktionskraft som skapar ett rollmoment (”roll momentum”) pà raketen, vilket mäste kompenseras för med nägot ytterligare medel. Dessa ytterligare medel leder ofta till en totalt högre vikt och ett ökat flödesmotstànd. Dessutom medför spirallindningen att kylledningarna blir lànga, vilket i sin tur leder till ett ökat tryckfall i kylmedelsflödet.

Ett ytterligare förfarande för framställning av ett raketmunstycke beskrivs i patentdokumentet WO 00/20749.

Enligt detta förfarande positioneras en yttre vägg kring en inre vägg. och ett flertal distanselement positioneras mellan den inre väggen och den yttre väggen. Slutligen förbinds distanselementen med väggarna. Distanselementen kan ocksà vara integrerade med den inre väggen, exempelvis genom att man har fräst den inre väggen. Pà detta sätt kan kylkanalerna vara parallella med munstyckets längdaxel. Med detta förfarande är det svàrt att variera kylkanalernas tvársnittsarea i deras längdriktning i syfte att åstadkomma det önskade diameterförhàllandet. För att 10 15 20 25 30 520 261 j:¿§;§.&;f§@:m V, w. 3 räda bot pà detta problan mäste munstycket byggas i flera sektioner i den axiella riktningen.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att ástadkomma ett förbättrat förfarande för framställning av ett kylt utloppsmunstycke för en raketmotor.

Detta syfte uppnäs med ett förfarande enligt uppfinningen, vilket kännetecknas av stegen att anordna ett flertal förframstállda profilelement, vilka var och en har ett liv och flänsar som skjuter ut i motsatta riktningar fràn nämnda liv, att fräsa varje profilelement sä att det uppvisar en gradvis avsmalnande bredd, att kröka nämnda element för att överensstämma med munstyckets väggs tvärsnittsform, och att förbinda elementen genom att svetsa flänsarna sä att en klockformad munstycksstruktur bildas med kylkanaler bildade av närliggande liv och närliggande par av flänsar.

Som ett resultat av uppfinningen kan ett raketmotormunstycke framställas, vilket uppvisar en hög tryckkapacitet, ett lágt tryckfall hos kylmedlet, en läng livslängd samt ett fördelaktigt areaförhällande.

Fördelaktiga utföringsformer med uppfinningen framgår av de följande beroendekraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande pä ett icke-begränsande sätt med hänvisning till de bifogade ritningarna, i vilka: 10 15 20 25 30 - = . . u 520 261 4 FIG 1 är en sidovy som, visar ett munstycke enligt uppfinningen, FIG 2 är en partiell tvärsnittsvy utmed linjen A-A i Fig.l, vilken visar tvà kylkanaler vid munstyckets inloppsánde enligt en första utföringsform av uppfinningen, FIG 3 är en liknande vy som Fig. 2 och visar kylkanalerna utmed linjen B-B vid. munstyckets utloppsände, FIG 4 är en partiell tvärsnittsvy utmed linjen A-A i Fig. l och visar tvä kylkanaler vid munstyckets inloppsände enligt en andra utföringsform av uppfinningen, och FIG 5 är en liknande vy som Fig. 4 och visar kylkanalerna utmed linjen B-B vid. munstyckets utloppsände.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig l visar en schematisk och nägot förenklad sidovy av ett utloppsmunstycke 10 som är framställt i enlighet med uppfinningen. Munstycket är avsett att användas i raketmotorer av den typ som använder flytande bränsle, exempelvis flytande väte. En sådan 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 ifråga. 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 således en rotationskropp som har en symmetriaxel och en 10 15 20 25 30 520 261 .a H. 5 tvärsnittsform som varierar i diameter utmed nämnda axel.

Munstycksväggen utgörs av en struktur som innefattar ett flertal inbördes intilliggande, rörformiga kylkanaler 11, vilka sträcker sig väsentligen parallellt med munstyckets längdaxel från nmnstyckets inloppsände 12 till dess utloppsände 13. Strukturen är uppbyggd av profilelement 14 med ett varierande tvärsnitt.

Profilelementen är orienterade axiellt utmed munstycksväggen och krökta i deras längdriktning för att överensstämma med munstyckskonturen.

Kylkanalerna i utföringsformen enligt Fig. 2 och 3 är uppbyggda genom att man förbinder H-formade, förframställda profilelement 14. Varje profilstycke har ett liv 15 och tvà par av flänsar 16 som skjuter ut i motsatta riktningar fràn nämnda liv 13. Dessa profilstycken fräses till att fä ett i deras längdriktning avsmalnande tvärsnitt och bredd. För detta ändamàl kan livet 15 bearbetas sä att det fär en i längdriktningen avsmalnande tjocklek i riktning mot inloppsänden 12. Dessutom kan flänsarna bearbetas sá att de överensstämmer med diameterskillnaden mellan inloppet 12 och utloppet 13. Denna utformning möjliggör användande av material med hög ledningsförmàga såsom koppar och aluminium.

Efter det att profilerna krökts till lämplig krökning sä förbinds de med punktsvetsning antingen via smältsvetsning eller friktionssvetsning för att bilda munstycksväggen. I dessa omràden av profilerna är reducerade relativt böjspänningarna väsentligt övergàngarna mellan flänsarna och det närliggande livet. 10 15 20 25 30 520 261 Det är ocksá möjligt att bygga upp den ovan beskrivna strukturen fràn vanliga material för rör till munstycken för raketmotorer sàsom rostfritt stàl och nickelbaserade legeringar. Genom att använda material med hög värmeledningsförmàga kan emellertid stora areaförhàllanden åstadkommas. Den lága densiteten. hos aluminium tilläter ett tjockt liv mellan kanalerna utan att det resulterar i nägon överdrivet hög vikt. Den höga ledningsförmàgan i materialet reducerar materialtemperaturen och pà samma gäng ökas värmen som överförs frán flamman till kylmedlet. Den ökade värmeöverföringen är fördelaktig för raketmunstyckets För munstycket i aluminium är ökningen i förhållande till expandercykel. värmeöverföring i rostfritt stàl i storleksordningen 109. andra utföringsform av 4 och 5 visar en vid vilken varje profilstycke är försett Fig. uppfinningen, med tvà flänsar 16 pà ena sidan av livet och en enda fläns 16 pä andra sidan av livet. Pà samma sätt som i den tidigare beskrivna utföringsformen kan flänsarna önskade, i bearbetas sà att de uppvisar det längdriktningen avsmalnande, tvärsnittet. Eftersom profilstyckena inte är symmetriska sá är det nödvändigt att vid bearbetningsprocessen göra báde vänster- och Svetsen 17 är tilläter högerversioner av profilelementen. tillgänglig fràn utsidan, vilket monteringssvetsning frän utsidan. smält- eller Profilelementen 14 förbinds det vill genom fastfassvetsning, säga friktionssvetsning sà att parallella par flänsar i tvà närliggande element bildar en kylkanal 14. Den enskilda flänsen. i paret 10 15 20 25 30 1 . V . . 4 520 261 7 flänsar i den nästföljande fogen förbinds enligt Fig. 5.

Med denna konfiguration kan svetsningen av ett par vänster- och högerprofilelement för att bilda kylkanalen göras innan den egentliga svetsningen för att àstadkomma munstycket. Därmed är kylkanalsvetsfogarna tillgängliga frán bàda sidor.

Därefter förbinds paren profilelement för att bilda munstycket, företrädesvis via svetsning frän munstyckets utsida. 4 och 5 är den vàta kontakt I utföringsformen som visas i Fig. det vill som är i med ökad i säga drift, ytan, ytan raketflamman under syfte att öka Dessutom är den inre vilket värmeöverföringen till kylmedlet. väggen inte kontinuerlig, minimerar värmepàkänningarna i omkretsriktningen. Den enligt denna utföringsfonn ökade vàta ytan innebär att gränsskiktet kyls Grànsskiktet som lämnar raketmunstycket kommer att vara mer än hos ett konventionellt munstycke. kallare. Det kallare gränsskiktet verkar som en kylande film kyld SOIII En för en eventuellt förekommande icke munstycksförlängning, som kan användas làgkostnadslösning när värmebelastningen är begränsad.

Som ett alternativ till de beskrivna framställnings- förfarandena kan profilelementen förframställas genom att man rullformar en metallisk plátplatta. Denna metalliska plàtplatta kan exempelvis innefatta rostfritt stál och nickelbaserat material.

Tillverkningskonceptet enligt uppfinningen skapar förutsättningar för att bygga stora munstycken med stora expansionsförhällanden. Det medger också stora tvärsnitt 10 15 20 25 H .Uf 520 261 8 pá kylkanalerna eftersom areaförhàllandet ökar. Breda kanaler begränsar tryckkapaciteten i. kylkanalerna. Det stora avstàndet mellan kylkanalerna ökar areaförhállandet utan att kylkanalernas tvärsnitt ökar.

En sekundär fördel med uppfinningen är att arrangemanget av kylkanaler medger en stor kylyta. Kylkanalerna behöver inte täcka hela omkretsen. Detta innebär att den maximala diametern blir mindre. Tryckkapaciteten pâverkas gynnsamt av den mindre diametern.

Den rotationssymmetriska ytan hos det föreslagna munstycket ger en styvhet i sig själv och tillåter enkel fastgöring av förstyvningsmedel, om sàdana erfordras.

Kylkanalernas tvärsnitt kan vara närmast cirkulärt.

Detta innebär att temperaturskillnaderna och de associerade spänningarna är lägre jämfört med munstycksväggar som har en kontinuerlig inre vägg.

Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna. utföringsexemplen, utan. en rad. ytter- ligare modifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis kan förbindningen mellan tvà sektioner göras pà annat sätt än det som beskrivits.

Claims (11)

10 15 20 25 30 1. MM 520 261 NYA PATENTKRAV

1. Förfarande för tillverkning av ett utloppsmunstycke (10) bränsle, varvid munstycket bildar en rotationssymmetrisk för användning i en raketmotor för flytande kropp med en symmetriaxel och ett tvärsnitt som varierar i diameter utmed nämnda axel, och uppvisar en väggstruktur som innefattar ett flertal inbördes närliggande kylkanaler (ll), som sträcker sig väsentligen parallellt med varandra frán inloppsänden (12) (13), ett flertal förframställda profilelement (14), (15) (16) i motsatta riktningar fràn nämnda liv anordnas, varvid (14) gradvis avsmalnande bredd, kröks av munstycket till dess utloppsände varvid vilka var och en har ett liv och flänsar som skjuter ut fräses sá att det uppvisar en (14) varje profilelement varvid nämnda element för att överensstämma med munstyckets väggs och varvid elementen förbinds genom att (16) sà klockformad bildade av (16) tvärsnittsform, att en (ll) svetsa flänsarna munstycksstruktur bildas med kylkanaler närliggande liv (15) och närliggande par av flänsar k ä n n e t e c k n a t av, (14) (15) att varje profilelement är försett med tvà flänsar (16) pà motsatta sidan om livet. pà ena sidan om livet och enbart en fläns (16)

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av, (14) att varje profilelement är försett med tvà flänsar (16) pä varje sida om livet (15).

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av, 10 15 20 25 30 520 261 10 att profilelementen (14) är extruderade fràn aluminium.

4. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k à n n e t e c k n a t av, att profilelementen (14) är extruderade fràn koppar.

5. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av, (14) är formning av en metallisk plàtplatta. att profilelementen förframställda genom

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av, att den metalliska plàtplattan innefattar rostfritt stàl och ett nickelbaserat material.

7. Förfarande enligt nágot av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a t av, att flänsarna (16) fräses sá att kanalens tvärsnittsarea är större vid munstyckets utloppsände (13) än vid inloppsänden (12).

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av, det ytterligare steget att fräsa livet (15) sà att det uppvisar en gradvis avsmalnande bredd.

9. Förfarande enligt nágot av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a t av, att svetsningen realiseras via smàltsvetsning.

10. Förfarande enligt nágot av kraven 1-9, k à n n e t e c k n a t av, 10 520 261 11 att profilelementen (14) extruderas sà att rundade övergàngar mellan livet (15) och flànsarna (16) ástadkoms.

11. Förfarande enligt nágot av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a t av, (14) sà att en rotationssymmetrisk yttre munstycksyta bildas. steget att svetsa profilelementen