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CN114992331A - 用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构 - Google Patents

用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构 Download PDF

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CN114992331A
CN114992331A CN202210774370.5A CN202210774370A CN114992331A CN 114992331 A CN114992331 A CN 114992331A CN 202210774370 A CN202210774370 A CN 202210774370A CN 114992331 A CN114992331 A CN 114992331A
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sealing
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rocket engine
thin wall
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杜鹏飞
豆永鹏
李涛
李磊
辛银兵
张哲�
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Xi'an Changjian Feikong Electromechanical Co ltd
Original Assignee
Xi'an Changjian Feikong Electromechanical Co ltd
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    • F16J15/48—Sealings with packing ring expanded or pressed into place by fluid pressure, e.g. inflatable packings influenced by the pressure within the member to be sealed
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Abstract

本发明公开了一种用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，包括活动球体、密封球座、V形金属密封环、密封球盖，所述活动球体设置在密封球座上，所述密封球座与密封球盖通过螺钉5连接，所述密封球座、密封球盖和活动球体形成的矩形区域内设置V形金属密封环。本发明具有可靠性高，密封效果好，结果简单等特点；其中V形金属密封环能够适应更高的温度，密封环表面喷涂非金属材料，具有更好的自润滑性，能够带来更小的摩擦系数，并且在多次摆动过程中保证其良好的密封效果。

Description

用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构
技术领域
本发明属于航天固体火箭发动机可调喷管技术领域，具体涉及一种用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构。
背景技术
固体火箭发动机作为飞行器的动力装置，必须根据飞行器的不同要求进行推力控制，推力控制包括推力方向、推力大小及推力终止的控制。固体火箭发动机主要是通过固体火箭发动机的喷管来实施，技术上的难度很大。目前柔性喷管和轴承摆动喷管是主要的可调喷管研究方向。在轴承摆动喷管领域但是制约着可调喷管发展的就是动密封技术。
目前主要采用碳-酚醛树脂密封圈或聚四氟乙烯夹套等结构，由于非金属的特性在高温、多摆动，快响应的可调喷管中会存在一定隐患，这制约着轴承摆动喷管技术的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，该结构包括活动球体、密封球座、V形金属密封环、密封球盖，所述活动球体设置在密封球座上，所述密封球座与密封球盖通过螺钉5连接，所述密封球座、密封球盖和活动球体形成的矩形区域内设置V形金属密封环。
上述方案中，所述密封球座和密封球盖的连接处设置有柔性石墨圈。
上述方案中，所述密封球座、密封球盖、与活动球体为同球心。
上述方案中，，所述V形金属密封环包括底座、V型角，所述底座上设置V型角，所述V型角上一侧设置有内侧贴合区、另一侧设置有外侧贴合区。
上述方案中，所述内侧贴合区的弯曲半径和壁厚根据空间及压力确定。
上述方案中，所述内侧贴合区的弯曲半径和壁厚根据空间及压力确定，具体为：根据公式S＝P*2*R/(4*[σ]*θ)+C确定，其中,S为壁厚，P为工作压力，R为弯曲半径，[σ]为材料许应力，θ为材料应力集中系数，C为壁厚附件量。
上述方案中，所述V型角通过计算，选择合适的角度，使得V形金属密封环产生足够的压缩量。
上述方案中，所述V型角通过计算，选择合适的角度，具体为：根据公式ɑ＝2*arctan(2*A*§/h)确定，其中，A为密封环面积，ɑ为V型角的角度，§为密封环压缩比，h为V型角的深度。
上述方案中，所述底座与密封球座的底面贴合，所述内侧贴合区、外侧贴合区均与与密封球座和喷管密切贴合。
与现有技术相比，本发明具有可靠性高，密封效果好，结果简单等特点；其中V形金属密封环能够适应更高的温度，密封环表面喷涂非金属材料，具有更好的自润滑性，能够带来更小的摩擦系数，并且在多次摆动过程中保证其良好的密封效果。
附图说明
此处所说明的附图用来公开对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例结构示意图；
图2为本发明实施例V形金属密封环结构图；
图3为本发明实施例柔性石墨圈结构图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
本发明实施例提供一种用于固体火箭发动机摆动喷管耐磨、耐高温薄壁的动密封结构，如图1-3所示，该结构包括活动球体1、密封球座2、V形金属密封环3、密封球盖6，所述活动球体1设置在密封球座2上，所述密封球座2与密封球盖6通过螺钉5连接，所述密封球座2、密封球盖6和活动球体1形成的矩形区域内设置V形金属密封环3。
所述密封球座2和密封球盖6的连接处设置有柔性石墨圈4。
所述V形金属密封3的外侧设置有非金属涂层，能够保证在转动过程中的密封性。
安装V形金属密封环3，开口朝向进气侧；当工作过程中，通过压力使V形金属密封环3打开一定开口，保证密封性。
所述V形金属密封环3包括底座31、V型角32，所述底座31上设置V型角32，所述V型角32上一侧设置有内侧贴合区33、另一侧设置有外侧贴合区34。
所述内侧贴合区33的弯曲半径和壁厚根据空间及压力确定。
具体地，所述内侧贴合区33的弯曲半径和壁厚根据空间及压力确定，具体为：根据公式S＝P*2*R/(4*[σ]*θ)+C确定，其中,S为壁厚，P为工作压力，R为弯曲半径，[σ]为材料许应力，θ为材料应力集中系数，C为壁厚附件量。
所述V型角32通过计算，选择合适的角度，使得V形金属密封环3产生足够的压缩量。具体地，所述V型角32通过计算，选择合适的角度，具体为：根据公式ɑ＝2*arc tan(2*A*§/h)确定，其中，A为密封环面积，ɑ为V型角32的角度，§为密封环压缩比，h为V型角32的深度。
在使用时，所述底座31与密封球座2的底面贴合，所述内侧贴合区33、外侧贴合区34均与与密封球座2和喷管密切贴合；在工作时，外侧贴合区34紧密贴合，通过压力提供良好的密封，内侧贴合区33与喷管的曲面贴合，随着喷管的转动，通过压力确保良好的贴合效果，从而提供良好的密封效果。
该V形密封环3由于一侧为金属面，一侧为非金属曲面，在工作工作过程中需要保证两侧的贴合力及贴合面积。由图2可以看出，该V形密封环3在工作过程中端部较薄，压力较低时属于点接触，起到密封效果，压力较高时端部轻微变型，提高贴合面积，确保密封效果，确保了压力越大，密封效果反而越好。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，该结构包括活动球体、密封球座、V形金属密封环、密封球盖，所述活动球体设置在密封球座上，所述密封球座与密封球盖通过螺钉5连接，所述密封球座、密封球盖和活动球体形成的矩形区域内设置V形金属密封环。
2.根据权利要求1所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述密封球座和密封球盖的连接处设置有柔性石墨圈。
3.根据权利要求1或2所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述密封球座、密封球盖、与活动球体为同球心。
4.根据权利要求3所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述V形金属密封环包括底座、V型角，所述底座上设置V型角，所述V型角上一侧设置有内侧贴合区、另一侧设置有外侧贴合区。
5.根据权利要求4所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述内侧贴合区的弯曲半径和壁厚根据空间及压力确定。
6.根据权利要求5所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述内侧贴合区的弯曲半径和壁厚根据空间及压力确定，具体为：根据公式S＝P*2*R/(4*[σ]*θ)+C确定，其中,S为壁厚，P为工作压力，R为弯曲半径，[σ]为材料许应力，θ为材料应力集中系数，C为壁厚附件量。
7.根据权利要求5所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述V型角通过计算，选择合适的角度，使得V形金属密封环产生足够的压缩量。
8.根据权利要求7所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述V型角通过计算，选择合适的角度，具体为：根据公式ɑ＝2*arctan(2*A*§/h)确定，其中,A为密封环面积，ɑ为V型角的角度，§为密封环压缩比，h为V型角的深度。
9.根据权利要求8所述的用于固体火箭发动机摆动喷管薄壁的动密封结构，其特征在于，所述底座与密封球座的底面贴合，所述内侧贴合区、外侧贴合区均与与密封球座和喷管密切贴合。
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