一種小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，包括：可動(dòng)陽(yáng)球體，從兩側(cè)覆蓋在所述可動(dòng)陽(yáng)球體的上游密封球面和下游密封球面；位于所述上游密封球面外側(cè)的上游陰球體；位于所述下游密封球面的下游陰球體；所述上游陰球體與下游陰球體通過連接螺栓連接；所述上游陰球體與下游陰球體對(duì)接面處安裝有靜密封圈；所述上游陰球體與下游陰球體對(duì)接面緊鄰所述上游密封球面和下游密封球面處具有矩形缺口，所述矩形缺口內(nèi)安裝有聚四氟乙烯夾套，所述聚四氟乙烯夾套內(nèi)安裝有彈性支撐件，所述聚四氟乙烯夾套在所述彈性支撐件作用下緊貼所述矩形缺口的邊緣。本發(fā)明在高溫高壓下和高轉(zhuǎn)速下有極好的耐磨性、耐酸堿性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用擺動(dòng)噴管高壓球面動(dòng)密封技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力矢量技術(shù)屬于航天動(dòng)力技術(shù)的關(guān)鍵，特別是新型小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量技術(shù)的發(fā)展長(zhǎng)期制約了低層空間航天飛行器的技術(shù)發(fā)展，小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量技術(shù)的發(fā)展是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，采用小型珠承或者球窩結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)噴管技術(shù)是小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力矢量技術(shù)的重要研究方向，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，伺服作動(dòng)力小等優(yōu)點(diǎn)。制約小型珠承或球窩結(jié)構(gòu)擺動(dòng)噴管技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是動(dòng)密封技術(shù)。
[0003]小型球窩和珠承結(jié)構(gòu)擺動(dòng)噴管動(dòng)密封結(jié)構(gòu)是擺動(dòng)噴管的重要部件，是實(shí)現(xiàn)球窩和珠承結(jié)構(gòu)擺動(dòng)噴管在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中穩(wěn)定可靠工作的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。目前在航空航天領(lǐng)域小型珠承和球窩結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)噴管中的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)普遍采用的是橡膠O形密封圈結(jié)構(gòu)。此類橡膠O形圈在通常的靜密封、平面或線性動(dòng)密封中已經(jīng)有很成熟的應(yīng)用，應(yīng)用于球面動(dòng)密封的橡膠O形密封圈，由于橡膠O形密封圈采用的橡膠材料在動(dòng)摩擦下的應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜；而且橡膠材料的動(dòng)摩擦系數(shù)偏大，因此摩擦副間相互運(yùn)動(dòng)負(fù)載比較大；同時(shí)在珠承和球窩擺動(dòng)噴管中的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)中采用的橡膠O形密封圈在動(dòng)態(tài)下O形密封圈本身會(huì)存在扭轉(zhuǎn)情況，產(chǎn)生更為復(fù)雜的密封特性；再有就是小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)珠承和球窩擺動(dòng)噴管其動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的摩擦面相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度變化比較大，通常要求快速啟動(dòng)，快速停止，時(shí)間通常在I秒內(nèi)完成；密封面上下游之間的壓差較大、一般> IOMPa ;應(yīng)用工況的溫度變化范圍較大，在-50°C~+200°C ;密封介質(zhì)存在固態(tài)顆粒，這些都對(duì)采用橡膠O形密封圈造成很大困難，以上的諸多因素限制了小型珠承和`球窩擺動(dòng)噴管技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問難是小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)珠承和球窩擺動(dòng)噴管之間缺乏的球面動(dòng)密封；為了解決所述問題，本發(fā)明提供一種小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)珠承和球窩擺動(dòng)噴管密封結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明提供的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，包括:可動(dòng)陽(yáng)球體，從兩側(cè)覆蓋在所述可動(dòng)陽(yáng)球體的上游密封球面和下游密封球面；位于所述上游密封球面外側(cè)的上游陰球體；位于所述下游密封球面的下游陰球體；所述上游陰球體與下游陰球體通過連接螺栓連接；所述上游陰球體與下游陰球體對(duì)接面處安裝有靜密封圈；所述上游陰球體與下游陰球體對(duì)接面緊鄰所述上游密封球面和下游密封球面處具有矩形缺口，所述矩形缺口內(nèi)安裝有聚四氟乙烯夾套，所述聚四氟乙烯夾套內(nèi)安裝有彈性支撐件，所述聚四氟乙烯夾套在所述彈性支撐件作用下緊貼所述矩形缺口的邊緣。
進(jìn)一步，所述可動(dòng)陽(yáng)球體在噴管工作過程中繞其球面部分的球心可作全軸向擺動(dòng)，其余結(jié)構(gòu)不運(yùn)動(dòng)。
[0006]進(jìn)一步，所述上游密封球面、下游密封球面同球心。
[0007]進(jìn)一步，所述聚四氟乙烯夾套采用聚四氟乙烯材料整體加工；所述的聚四氟乙烯夾套為唇形結(jié)構(gòu)，唇口方向?yàn)閴簭?qiáng)高一側(cè)；所述的聚四氟乙烯夾套唇形結(jié)構(gòu)在工作時(shí)，唇口要有一定的開口度。
[0008]進(jìn)一步，所述彈性支撐件和聚四氟乙烯夾套在安裝中具有一定的徑向預(yù)壓縮；彈性支撐件采用高溫不銹鋼空心結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所提出的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)珠承和球窩擺動(dòng)噴管動(dòng)密封結(jié)構(gòu)利用了聚四氟乙烯的耐高溫、可壓縮、潤(rùn)滑等特性，結(jié)合珠承和球窩擺動(dòng)噴管的工作特性，它通過在圓柱面和球面匹配的結(jié)構(gòu)空間中安裝預(yù)壓縮的基體為聚四氟乙烯空心密封圈，在保證結(jié)構(gòu)的高溫、高壓、高熱流密度、高介質(zhì)顆粒、高運(yùn)動(dòng)特性下的可靠密封的同時(shí)，提高了結(jié)構(gòu)的可靠性，空心密封圈結(jié)構(gòu)使得結(jié)構(gòu)質(zhì)量更輕。
[0009]本發(fā)明小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)珠承和球窩擺動(dòng)噴管動(dòng)密封結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有可靠性高、密封穩(wěn)定、球面摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)；還具有溫度適用范圍更廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、伺服力矩小等優(yōu)點(diǎn)；并且對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)密封結(jié)構(gòu)的高顆粒含量動(dòng)密封有更好的適應(yīng)性，具有自潤(rùn)滑性能好，電絕緣性強(qiáng)、膨脹系數(shù)小，在高溫高壓下和高轉(zhuǎn)速下有極好的耐磨性、耐酸堿性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明提供的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明提供的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的區(qū)域A的局部放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，本發(fā)明球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)主要包括有:上游陰球體1、下游陰球體2、可動(dòng)陽(yáng)球體3、靜密封圈4、連接螺栓5、彈性支撐件6、聚四氟乙烯夾套7、上游密封球面8、下游密封球面9組成。可動(dòng)陽(yáng)球體3在噴管工作過程中繞其球面部分的球心可作全軸向擺動(dòng)，其余結(jié)構(gòu)不運(yùn)動(dòng)；上游陰球體I與下游陰球體2通過連接螺栓5連接；上游陰球體I與下游陰球體2通過靜密封圈4實(shí)現(xiàn)；上游陰球體1、下游陰球體2、靜密封圈4、連接螺栓5組成的固定部分通過由彈性支撐件6和聚四氟乙烯夾套7組成的動(dòng)密封件實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封，密封面為上游密封球面8、下游密封球面9 ;上游密封球面8、下游密封球面9同球心；聚四氟乙烯夾套7采用聚四氟乙烯材料整體加工；所述的聚四氟乙烯夾套7為唇形結(jié)構(gòu)，唇口方向?yàn)閴簭?qiáng)高一側(cè)；聚四氟乙烯夾套7唇形結(jié)構(gòu)在工作時(shí)，唇口要有一定的開口度，確保工作過程中進(jìn)入密封部位的顆粒物質(zhì)能夠被唇口空間收集；所述的聚四氟乙烯夾套7的空心結(jié)構(gòu)中安裝彈性支撐件6 ;所述的彈性支撐件6和聚四氟乙烯夾套7在安裝中具有一定的徑向預(yù)壓縮，保證密封可靠性；彈性支撐件6采用高溫不銹鋼空心結(jié)構(gòu)，滿足長(zhǎng)時(shí)間貯存和高溫工作需求。
[0012]本發(fā)明具有可靠性高、密封穩(wěn)定、球面摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)；還具有溫度適用范圍更廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、伺服力矩小等優(yōu)點(diǎn)；并且對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)密封結(jié)構(gòu)的高顆粒含量動(dòng)密封有更好的適應(yīng)性，具有自潤(rùn)滑性能好，電絕緣性強(qiáng)、膨脹系數(shù)小，在高溫高壓下和高轉(zhuǎn)速下有極好的耐磨性、耐酸堿性、耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，可推廣使用。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所提供的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)的密封面直徑為160mm，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下:
a.工作壓強(qiáng):20MPa；
b.上游陰球體1、下游陰球體2的旋轉(zhuǎn)線速度可達(dá)到3m/s，而現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)線速度為0.4~0.8m/s ；；
c.適應(yīng)溫度范圍:-268°C~+316°C；
d.摩擦系數(shù):0.09 ；
e.顆粒濃度(體積):3%。
【權(quán)利要求】
1.小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:可動(dòng)陽(yáng)球體(3)，從兩側(cè)覆蓋在所述可動(dòng)陽(yáng)球體(3)的上游密封球面(8)和下游密封球面(9);位于所述上游密封球面(8)外側(cè)的上游陰球體(I);位于所述下游密封球面(9)的下游陰球體(2);所述上游陰球體(I)與下游陰球體(2)通過連接螺栓(5)連接；所述上游陰球體(I)與下游陰球體(2)對(duì)接面處安裝有靜密封圈(4);所述上游陰球體(I)與下游陰球體(2)對(duì)接面緊鄰所述上游密封球面(8 )和下游密封球面(9 )處具有矩形缺口，所述矩形缺口內(nèi)安裝有聚四氟乙烯夾套(7)，所述聚四氟乙烯夾套(7)內(nèi)安裝有彈性支撐件(6)，所述聚四氟乙烯夾套(7)在所述彈性支撐件(6)作用下緊貼所述矩形缺口的邊緣。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可動(dòng)陽(yáng)球體(3)在噴管工作過程中繞其球面部分的球心可作全軸向擺動(dòng)，其余結(jié)構(gòu)不運(yùn)動(dòng)。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上游密封球面(8 )、下游密封球面(9 )同球心。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述聚四氟乙烯夾套(7)采用聚四氟乙烯材料整體加工；所述的聚四氟乙烯夾套(7)為唇形結(jié)構(gòu)，唇口方向?yàn)閴簭?qiáng)高一側(cè)；所述的聚四氟乙烯夾套(7)唇形結(jié)構(gòu)在工作時(shí)，唇口要有一定的開口度。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)噴管球面動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性支撐件(6)和聚四氟乙烯夾套(7)在安裝中具有一定的徑向預(yù)壓縮；彈性支撐件(6)采用高溫不銹鋼空心結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】F16L27/06GK103867823SQ201210539569
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】楊敬賢, 沈鐵華, 張亮, 楊威, 羅驕, 牛祿, 鄭慶, 婁德全, 涂鵬 申請(qǐng)人:上海新力動(dòng)力設(shè)備研究所