CN109604436A - 液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，包括如下步骤：1)弯形：将处于退火态且内部充满填充物的单管工件置于弯形工装中进行弯形加工，使其沿理论单管的内型面曲线进行弯曲；2)预成形：将单管工件置于合页压板结构的预成形工装中，利用预成形工装将单管工件压制成两侧平面夹角与理论单管相同的扁圆形；3)液压胀形：采用具有与理论单管外表面完全贴合的高压成形内腔的内高压成形模具，从单管工件的内部向外施加高压进行胀形处理；4)退火使单管工件恢复退火态。5)重复步骤3)、4)直至单管工件与高压成形内腔壁面完全贴合，截取获得成品单管。该方法可显著提高单管产品的加工精度和合格率。
Description
技术领域
本发明涉及一种液体火箭发动机推力室，特别是指一种液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法。
背景技术
管束式是液体火箭发动机推力室再生冷却身部的主要结构形式之一，由一定数量的成形管子组合装配在一起，用钎焊和熔焊的方法焊接成整体。
管束式再生冷却身部可以采用圆管、半圆抛物线型管、矩形管，其中圆管填凹槽费钎料且降低了冷却能力，半圆管相对节省一半焊料，但整体刚性低，需要增加加强箍等，导致重量较重，而且半圆管成本较高。进一步研究表明，采用纵横比小的矩形管是兼顾刚性、成本、重量的最佳方案。
液体火箭发动机推力室管束式再生冷却身部管加工的工艺难点在于受限于拉瓦尔喷管的结构，管截面积呈先变小后变大的变化趋势，且管束式再生冷却身部由若干根管束装配后钎焊完成，焊接之后没有冷加工工序，因此对管的一致性和尺寸的精度提出了极高的要求。其工艺难点主要体现在以下几个方面：
1)每台推力室身部有几十甚至几百根单管，其累积误差值对组合、钎焊影响很大，单管成形不但要保证型面尺寸，而且应严格控制各截面尺寸，尤其要保证圆心角，成形方法对保证质量至关重要。
2)单管成形过程中易出现：侧面不规则凹陷；管子非对称收口，两边受力不均影响该处成形尺寸精度；零件长，管径小，在成形过程中易产生非正常变形，一般需采用液压填充成形法。
3)零件的内腔容积较小，承压能力较差，传统加压方式极易将内腔液压瞬间冲高，超越管屈服极限，产生非正常变形或者发生爆破现象；
4)管的伸长率较低，受限于拉瓦尔喷管的结构，单管部分位置的伸长率最大超过100％。
另外，此类零件采用传统的加工工艺，材料利用率低、加工成本高，且合格率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提高产品加工精度和合格率的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法。
为实现上述目的，本发明所设计的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，包括如下步骤：
1)弯形：将处于退火态且内部充满填充物(如石蜡、细砂、松香、机油等)的单管工件(指加工所用的单管)置于弯形工装中进行弯形加工，使其沿理论单管(指由设计模型导出的变截面异形单管)的内型面曲线进行弯曲；
2)预成形：将经过步骤1)处理后的单管工件置于合页压板结构的预成形工装中，利用预成形工装将单管工件压制成两侧平面夹角与理论单管相同的扁圆形；
3)液压胀形：采用具有与理论单管外表面完全贴合的高压成形内腔的内高压成形模具，将上一步骤获得的单管工件固定在该内高压成形模具中，再在单管工件的两端分别设置管接头，将其中一端的管接头通过液压管道与液压装置相连；在较低压力下向单管工件内输入液压油，待液压油充满单管工件后，封堵另一端的管接头；提高液压装置压力到成形所需压力，从单管工件的内部向外施加高压进行胀形处理，保压适当时间，卸压后开模取出；
4)退火：将开模取出的单管工件清理干净后，进行退火处理使之恢复退火态；
5)重复步骤3)、4)直至单管工件的外侧表面与高压成形内腔壁面完全贴合，检验合格后截取至所需长度，获得成品变截面异形单管。
优选地，步骤1)中，所述弯形工装包括弯形上模和弯形下模，二者合拢后形成弯曲圆管状的弯形内腔；所述弯形内腔的直径与单管工件相同，其中心所在曲线与推力室再生冷却身部的内型面曲线相同；所述弯形上模和弯形下模之间还设置有使弯形上模位移方向垂直于弯形下模的弯形导向结构。
优选地，步骤2)中，所述预成形工装包括通过铰链相连的压板和底板，所述底板上设置有限位部，所述限位部的内侧设置有用于限制单管工件外型面位置的限位曲面，所述限位曲面与推力室再生冷却身部的外型面曲线相同，且其到铰链旋转中心的距离与理论单管外型面到推力室再生冷却身部中心的距离相等；所述限位部的上部设置有用于限制单管工件两侧平面夹角的角度限位面，所述角度限位面与底板之间的夹角为360°/n，其中n为构成推力室再生冷却身部的理论单管总数。
优选地，步骤2)的具体操作步骤如下：将单管工件平放于底板上，使其外型面与限位曲面贴合，通过液压使压板旋转，进而使单管工件产生塑性变形，压板旋转至与角度限位面接触后停止，获得扁圆形的单管工件。
优选地，步骤3)中，所述内高压成形模具包括高压成形上模、高压成形下模，二者合模后形成与理论单管外表面完全贴合的的高压成形内腔，两个所述管接头分别设置在高压成形内腔的两端；所述高压成形上模与高压成形下模之间还设置有对高压成形上模进行导向的高压成形导向结构，避免合模时将单管工件压伤。
优选地，步骤3)中，所述液压装置包括液压源和增压器，在填充单管工件内空间时，由液压源直接输出较低压力较大流量的液压油；在单管工件出口端的管接头封堵后进行胀形处理时，由增压器输出较高压力较小流量的液压油，增压器一方面可以提高液压输出压力，另一方面减小了液压油流量，利于内腔很小的单管工件的液压成形。
优选地，步骤3)中，先将预成形后的单管工件的两端切除一定长度，并将切除后的单管工件两端扩口，进行退火使单管工件恢复退火态后，再将单管工件固定到内高压成形模具中，其两端扩口与两个管接头分别形成锥形密封面。
优选地，步骤3)中，胀形处理采用阶梯式升压方式，从初始压力P0＝40～50MPa开始，逐级提高液压油压力，直至升压至最大压力Pm，每一压力值均保压1～5min(30s内压力不下降)。
优选地，步骤3)中，胀形处理的最大压力Pm＝内高压成形模具内单管工件可承受的极限压力Px-(5～10)MPa。
优选地，步骤4)中，采用真空炉进行真空退火。
本发明的有益效果在于：
1)本发明采用专用工装，通过弯形、预成形和高压成形逐级对单管工件进行形变，尽可能避免单一步骤形变量过大导致单管出现破裂等问题。
2)相较传统一次内高压成形工艺方案，本发明大幅提高了变截面异形单管产品的合格率和加工精度，合格率由前者的12％提高到80％，各相邻型面间圆角由前者的R1.5(mm)左右降低至R0.5(mm)以内，同时本发明产品装配后管与管之间最大缝隙不超过0.1mm，内外型面与理论型面误差在0.1mm以内。
3)对本发明成形后的变截面异形单管产品进行自由状态抽爆实验，7.5MPa液压下(工作压力6MPa)无明显变形现象，尺寸保持较好，10MPa液压下铜管出现明显鼓胀，约15MPa液压下发生爆破现象，满足焊接及使用要求。
附图说明
图1为液体火箭发动机推力室身部半模型及理论单管的模型示意图。
图2～5分别为本发明所设计的弯形工装的主视、俯视、左视、右视结构示意图。
图6为本发明所设计的预成形工装的俯视结构示意图。
图7、图8分别为图6中A-A断面在压板压下前、后的示意图
图9～11分别为本发明所设计的内高压成形模具的主视、俯视和左视结构示意图。
图12为本发明所设计的内高压成形模具安装管接头的示意图。
图13为本发明所设计的液压装置的结构示意图。
为便于表现内腔等结构，部分图中对内部结构进行了透视。
图中编号对应零部件如下：
单管工件/理论单管1：内型面1.1、外型面1.2；
弯形工装2：弯形上模2.1、弯形下模2.2、弯形内腔2.3、弯形导向结构2.4；
预成形工装3：压板3.1、底板3.2、铰链3.3、限位部3.4、限位曲面3.5、角度限位面3.6；
内高压成形模具4：高压成形上模4.1、高压成形下模4.2、高压成形内腔4.3、高压成形导向结构4.4、地脚螺栓4.5、管接头连接孔4.6；
液压装置5：液压源5.1、增压器5.2、液压油管5.3；
管接头6，紧固螺栓7，定位销8。
以上零部件名称中，上模、下模、内腔、导向结构前的弯形和高压成形仅用作区分，没有实际限定意义。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本实施例针对5吨级液体火箭发动机推力室管束式身部(以下简称推力室身部)而设计，其最大外径尺寸为Φ175mm，高度为540mm，由90根单管组合装配在一起后呈回旋体结构。理论单管1两侧面夹角呈360°/90＝4°，内型面1.1为拉瓦尔曲线，外型面1.2为根据内型面1.1及流速等参数计算得出的圆滑曲面。作为加工材料，单管工件1采用Φ5*1规格的T2紫铜管。
如图2～5所示，弯形工装2包括弯形上模2.1、弯形下模2.2和弯形内腔2.3，其设计过程如下：提取理论单管的内型面1.1曲线，并将该曲线沿法向向外偏移2.5mm获得曲线L，将单管工件1外圆沿曲线L扫略获得弯形工装2的弯形内腔2.3，并以沿曲线L拉伸直径形成的曲面将弯形内腔2.3分割为上下两部分获得弯形上模2.1和弯形下模2.2，弯形上模2.1和弯形下模2.2之间设计斜槽形(两侧壁各向外倾斜4°)的弯形导向机构2.4，并设计2个定位销8进行限位，使弯形上模2.1的位移垂直于弯形下模2.2，合模后采用6个紧固螺栓7进行紧固。
如图6～8所示，预成形工装3包括通过铰链3.3相连的压板3.1和底板3.2，底板3.2上设置有限位部3.4，限位部3.4的内侧设置有用于限制单管工件1外型面1.2位置的限位曲面3.5，限位部3.4的上部设置有用于限制单管工件1两侧平面夹角的角度限位面3.6。其设计过程如下：提取理论单管的外型面1.2曲线及两侧面平面，在底板上设计上下平面呈4°的限位部3.4，其低处型面设置为与理论单管外型面1.2贴合的限位曲面3.5，其上下平面与理论单管两侧面接平，下平面与底板3.2为一体(以底板3.2左侧平面计算角度)，上平面作为角度限位面3.6。限位部3.4上下平面理论相交处设计为合页压板结构的旋转中心，并设计了液压装置(图中未画出)用于合页压板结构的压紧动作。
如图9～12所示，内高压成形模具4包括高压成形上模4.1、高压成形下模4.2，二者合模后形成高压成形内腔4.3，其设计过程如下：将理论单管的模型导入三维软件中，沿理论单管的两侧面中间的对称面为界设计模具的上下分瓣结构，取理论单管的中心平面为高压成形上模4.1和高压成形下模4.2的分瓣面，上模下型面和下模上型面分别与理论单管的一侧型面重合。为防止合模时将管压伤，设计斜槽形的高压成形导向结构4.4，同时采用2个定位销8对高压成形上模4.1和高压成形下模4.2进行限位。合模后采用8个M12的紧固螺栓7进行紧固，高压成形下模4.2采用地脚螺栓4.5固定于地面上。为便于对单管工件1进行密封，在模具两端内腔出口处设计管接头连接孔4.6，通过螺栓安装带有90°密封内锥的管接头6。
如图13所示，内高压成形模具4配套设置有液压装置5，其包括液压源5.1、增压器5.2和液压油管5.3，液压源5.1选用输出压力为0～90MPa的手动液压设备；增压器5.2用于提高压力，并降低单管工件1液压输入端液压油流量，选用7倍活塞式增压器。
本发明所提供的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，包括如下步骤：
1)弯形：采用前述弯形工装2，将退火态的单管工件1内充满石蜡后置于弯形下模2.2凹槽中，弯形上模2.1向下位移至与弯形下模2.2的型面完全贴合，开模后获得弯形后的单管工件1。
2)预成形：采用前述预成形工装3，将弯形后的单管工件1平放于底板3.2上，并使其外型面1.2与限位部3.4的限位曲面3.5贴合，通过液压力作用于压板3.1使其向下旋转，到与限位部3.4的角度限位面3.6接触后停止，使单管工件1塑性变形，获得预成形后的单管工件1。
3)截取单管工件1两端长度至单管工件1放入模具后两端伸出长度约1～2mm，将单管工件1两端扩口，再将单管工件1置于真空炉内，进行真空退火，使单管工件1恢复退火态。
4)液压胀形压力试验：
4.1)采用前述内高压成形模具4，将退火后的单管工件1放置于高压成形下模4.2的凹槽中，合模，上紧紧固螺栓7，在单管工件1的出入口分部安装管接头6，其中入口端的管接头6与液压油管5.3相连。将液压装置5设置为液压源5.1与模具直接连通，这时液压油不流经增压器5.2，从液压源5.1直接输出液压油到单管工件1内，待输出液压油至单管工件1出口端流出的液压油纯净无气泡后，封堵单管工件1出口端的管接头6，继续输入液压至增压器5.2活塞位于“零”位(即压力表读数不为零)。
4.2)将液压装置5设置为液压源5.1与增压器5.2连通、增压器5.2与单管工件1连通，采用阶梯式升压的方式输入压力，打压至初始压力50MPa，保压2min，每次增压5MPa，保压2min，至单管工件1失稳爆破，记录爆破压力，开模取出单管工件1。
4.3)取10根单管工件1，重复步骤4.1)、4.2)，确定平均爆破压力即极限压力Px＝75MPa，在70MPa压力下，10根单管工件1无失稳爆破现象，且开模后，单管工件1尺寸一致性较好，因此确定液压胀形最大压力Pm＝70MPa。
液压胀形压力试验的目的在于获得液压胀形最大压力参数，需采用另外的单管工件1提前进行试验。
5)液压胀形：采用前述内高压成形模具4，将步骤3)中扩口并退火后的单管工件1放置于高压成形下模4.2的凹槽中，合模，上紧紧固螺栓7，在单管工件1的出入口分部安装管接头6，其中入口端的管接头6与液压油管5.3相连。将液压装置5设置为液压源5.1与模具直接连通，这时液压油不流经增压器5.2，从液压源5.1直接输出液压油到单管工件1内，待输出液压油至单管工件1出口端流出的液压油纯净无气泡后，封堵单管工件1出口端的管接头6，继续输入液压至增压器5.2活塞位于“零”位(即压力表读数不为零)。再将液压装置5设置为液压源5.1与增压器5.2连通、增压器5.2与单管工件1连通，采用阶梯式升压的方式输入压力，打压至P0＝50MPa，保压2min，每次增压5MPa，保压2min，至压力值为Pm＝70MPa，卸掉管内及增压器5.2压力，开模取出单管工件1。
以上步骤4)、步骤5)中，内高压成型模具与单管工件1的接触面可采用润滑油、聚乙烯薄膜或石墨粉末进行润滑，降低管与模具之间的摩擦力，提高成形质量。
6)将单管工件1清理干净后，将单管工件1置于真空炉内，进行真空退火，使单管工件1恢复退火态。
7)多次重复步骤5)、步骤6)，至单管工件1最终完全贴合模具。通过检测样板检测产品的尺寸，使单管工件1型面与检测样板对应型面贴合，最大间隙不超过0.05mm，并使用千分尺对关键位置尺寸进行检测，误差不超过0.05mm。
8)将单管工件1截取至所需长度，获得成品变截面异形单管。
对上述方法获得的成品变截面异形单管进行检验，合格率可达83％，装配后管与管之间最大缝隙不超过0.1mm，内外型面1.2经激光扫描系统检测，与理论型面误差在0.1mm以内，各相邻型面间圆角小于R0.5mm，相较传统一次内高压成形工艺方案，合格率由前者的12％提高到83％，各相邻型面间圆角由R1.5mm左右降低至R0.5mm以内。同时对该批次单管进行自由状态抽爆实验，7.5MPa液压下(工作压力6MPa)无明显变形现象，尺寸保持较好，10MPa液压下单管出现明显鼓胀，约15MPa液压下发生爆破现象，满足焊接及使用要求。
Claims (10)
1.一种液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)弯形：将处于退火态且内部充满填充物的单管工件(1)置于弯形工装(2)中进行弯形加工，使其沿理论单管的内型面曲线进行弯曲；
2)预成形：将经过步骤1)处理后的单管工件(1)置于合页压板结构的预成形工装(3)中，利用预成形工装(3)将单管工件(1)压制成两侧平面夹角与理论单管相同的扁圆形；
3)液压胀形：采用具有与理论单管外表面完全贴合的高压成形内腔(4.3)的内高压成形模具(4)，将上一步骤获得的单管工件(1)固定在该内高压成形模具(4)中，再在单管工件(1)的两端分别设置管接头(6)，将其中一端的管接头(6)通过液压油管(5.3)与液压装置(5)相连；在较低压力下向单管工件(1)内输入液压油，待液压油充满单管工件(1)后，封堵另一端的管接头(6)；提高液压装置(5)压力到成形所需压力，从单管工件(1)的内部向外施加高压进行胀形处理，保压适当时间，卸压后开模取出；
4)退火：将开模取出的单管工件(1)清理干净后，进行退火处理使之恢复退火态；
5)重复步骤3)、4)直至单管工件(1)的外侧表面与高压成形内腔(4.3)的壁面完全贴合，检验合格后截取至所需长度，获得成品变截面异形单管。
2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤1)中，所述弯形工装(2)包括弯形上模(2.1)和弯形下模(2.2)，二者合拢后形成弯曲圆管状的弯形内腔(2.3)；所述弯形内腔(2.3)的直径与单管工件(1)相同，其中心所在曲线与推力室再生冷却身部的内型面曲线相同；所述弯形上模(2.1)和弯形下模(2.2)之间还设置有使弯形上模(2.1)位移方向垂直于弯形下模(2.2)的弯形导向结构(2.4)。
3.根据权利要求1所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤2)中，所述预成形工装(3)包括通过铰链(3.3)相连的压板(3.1)和底板(3.2)，所述底板(3.2)上设置有限位部(3.4)，所述限位部(3.4)的内侧设置有用于限制单管工件(1)的外型面(1.2)位置的限位曲面(3.5)，所述限位曲面(3.5)与推力室再生冷却身部的外型面曲线相同，且其到铰链(3.3)旋转中心的距离与理论单管外型面(1.2)到推力室再生冷却身部中心的距离相等；所述限位部(3.4)的上部设置有用于限制单管工件(1)两侧平面夹角的角度限位面(3.6)，所述角度限位面(3.6)与底板(3.2)之间的夹角为360°/n，其中n为构成推力室再生冷却身部的理论单管总数。
4.根据权利要求3所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤2)的具体操作步骤如下：将单管工件(1)平放于底板(3.2)上，使其外型面(1.2)与限位曲面(3.5)贴合，通过液压使压板(3.1)旋转，进而使单管工件(1)产生塑性变形，压板(3.1)旋转至与角度限位面(3.6)接触后停止，获得扁圆形的单管工件(1)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤3)中，所述内高压成形模具(4)包括高压成形上模(4.1)、高压成形下模(4.2)，二者合模后形成与理论单管外表面完全贴合的的高压成形内腔(4.3)，两个所述管接头(6)分别设置在高压成形内腔(4.3)的两端；所述高压成形上模(4.1)与高压成形下模(4.2)之间还设置有对高压成形上模(4.1)进行导向的高压成形导向结构(4.4)。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤3)中，所述液压装置(5)包括液压源(5.1)和增压器(5.2)，在填充单管工件(1)内空间时，由液压源(5.1)直接输出较低压力较大流量的液压油；在单管工件(1)出口端的管接头(6)封堵后进行胀形处理时，由增压器(5.2)输出较高压力较小流量的液压油。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤3)中，先将预成形后的单管工件(1)的两端切除一定长度，并将切除后的单管工件(1)两端扩口，进行退火使单管工件(1)恢复退火态后，再将单管工件(1)安装到内高压成形模具(4)中，单管工件(1)的两端扩口与两个管接头(6)分别形成锥形密封面。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤3)中，胀形处理采用阶梯式升压方式，从初始压力P0＝40～50MPa开始，逐级提高液压油压力，直至升压至最大压力Pm，每一压力值均保压1～5min。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤3)中，胀形处理的最大压力Pm＝内高压成形模具内单管工件可承受的极限压力Px-(5～10)MPa。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的液体火箭发动机推力室身部变截面异形单管的成形方法，其特征在于：步骤4)中，采用真空炉进行真空退火。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112024692A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种异形构件超低压充液成形系统及方法 |
| CN114472666A (zh) * | 2020-11-13 | 2022-05-13 | 上海宝钢高新技术零部件有限公司 | 一种管状液压成形前翼子板支撑件的成形装置和方法 |
| CN116900320A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-10-20 | 欣楚激光科技(无锡)有限公司 | 一种弹夹管加工成型工艺方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB838550A (en) * | 1957-04-04 | 1960-06-22 | Armstrong Siddeley Motors Ltd | Method of making tubes of truncated-wedge-cross-section |
| GB904887A (en) * | 1958-04-08 | 1962-09-05 | Bristol Siddeley Engines Ltd | Metal tube for forming part of a wall of a combustion chamber |
| JPH0755381A (ja) * | 1993-03-04 | 1995-03-03 | Imi Marston Ltd | 膨張された構造体 |
| DE4443839C1 (de) * | 1994-12-09 | 1995-10-12 | Daimler Benz Aerospace Ag | Verfahren zum Herstellen einer aktiv gekühlten Triebwerkswand |
| EP0720876A2 (en) * | 1994-11-30 | 1996-07-10 | United Technologies Corporation | Fabrication of rocket chambers |
| JP2004245115A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷却通路構造体の製造方法及び冷却通路を有するノズルの製造方法及び冷却通路を有するノズル |
| CN102950351A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-03-06 | 首都航天机械公司 | 过氧化氢推力室身部扩散钎焊制造方法 |
| CN206206011U (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-31 | 北京航天动力研究所 | 一种带喉部加强衬套的液体火箭发动机推力室夹层结构 |
-
2018
- 2018-11-29 CN CN201811442538.2A patent/CN109604436B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB838550A (en) * | 1957-04-04 | 1960-06-22 | Armstrong Siddeley Motors Ltd | Method of making tubes of truncated-wedge-cross-section |
| GB904887A (en) * | 1958-04-08 | 1962-09-05 | Bristol Siddeley Engines Ltd | Metal tube for forming part of a wall of a combustion chamber |
| JPH0755381A (ja) * | 1993-03-04 | 1995-03-03 | Imi Marston Ltd | 膨張された構造体 |
| EP0720876A2 (en) * | 1994-11-30 | 1996-07-10 | United Technologies Corporation | Fabrication of rocket chambers |
| DE4443839C1 (de) * | 1994-12-09 | 1995-10-12 | Daimler Benz Aerospace Ag | Verfahren zum Herstellen einer aktiv gekühlten Triebwerkswand |
| JP2004245115A (ja) * | 2003-02-13 | 2004-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷却通路構造体の製造方法及び冷却通路を有するノズルの製造方法及び冷却通路を有するノズル |
| CN102950351A (zh) * | 2012-11-02 | 2013-03-06 | 首都航天机械公司 | 过氧化氢推力室身部扩散钎焊制造方法 |
| CN206206011U (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-31 | 北京航天动力研究所 | 一种带喉部加强衬套的液体火箭发动机推力室夹层结构 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 孙冰等: "《火箭发动机热防护技术》", 31 October 2016, 北京航空航天大学出版社 * |
| 许晓勇等: "轻质钛合金喷管在氢氧发动机上的应用研究", 《火箭推进》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112024692A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种异形构件超低压充液成形系统及方法 |
| CN112024692B (zh) * | 2020-08-19 | 2021-04-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种异形构件超低压充液成形系统及方法 |
| CN114472666A (zh) * | 2020-11-13 | 2022-05-13 | 上海宝钢高新技术零部件有限公司 | 一种管状液压成形前翼子板支撑件的成形装置和方法 |
| CN116900320A (zh) * | 2023-06-05 | 2023-10-20 | 欣楚激光科技(无锡)有限公司 | 一种弹夹管加工成型工艺方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109604436B (zh) | 2020-11-03 |
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