一种用于ADN基无毒推力器的推力室及其焊接工艺制造技术

一种用于ADN基无毒推力器的推力室及其焊接工艺，所述的用于ADN基无毒推力器的推力室，包括催化床前床、催化床后床、燃烧室、喷管，催化床后床与燃烧室及喷管采用一体化结构，催化床前床采用高温合金GH3128材料、催化床后床、燃烧室、喷管采用铂铑合金PtRh30材料，催化床前床与后床之间焊接在一起，焊接结构为环形锁底焊缝。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于ADN基无毒推力器的推力室及其焊接工艺，所述的用于ADN基无毒推力器的推力室，包括催化床前床、催化床后床、燃烧室、喷管，催化床后床与燃烧室及喷管采用一体化结构，催化床前床采用高温合金GH3128材料、催化床后床、燃烧室、喷管采用铂铑合金PtRh30材料，催化床前床与后床之间焊接在一起，焊接结构为环形锁底焊缝。【专利说明】—种用于ADN基无毒推力器的推力室及其焊接工艺
该技术直接应用于ADN基5N推力器燃烧室，满足推力器耐高温抗氧化特性。
技术介绍
二硝酰胺铵(Ammonium Dinitramide,缩写为ADN)推力器是目前世界上研究较热门的无毒推进技术，其推进剂由氧化性组分硝酸羟铵或二硝酰胺铵、燃料及水组成，具有无毒、高密度、低冰点、低挥发性、稳定性高等特点，不但具有单组元推进的简单特性和而且具有较高的性能，在贮存、使用和维护过程无需特殊的防护措施，可实现空间动力系统的预包装，并采用普通的船运或飞机运送等方式运输，用于武器系统时可提高系统快速响应能力、提高武器的机动性，具有良好的应用前景。总之，无论是满足未来战时航天发射、测控的军事对抗环境需求，还是要提高应对各种突发自然灾害的快速响应能力，研究高性能无毒推进技术都有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种用于ADN基无毒推力器的燃烧室及其焊接工艺。 本专利技术推力室的技术解决方案是:一种用于ADN基无毒推力器的推力室，包括催化床前床、催化床后床、燃烧室及喷管，催化床后床与燃烧室及喷管采用一体化结构，催化床前床采用高温合金GH3128材料、催化床后床与燃烧室及喷管采用钼铑合金PtRh30材料，催化床前床与后床之间焊接在一起，焊接结构为环形锁底焊缝。 本专利技术焊接工艺的技术解决方案是:一种用于ADN基无毒推力器的推力室焊接工艺，步骤如下: (I)将上述推力室中焊接前部件作为模拟件进行焊前工艺试验，按照表中工艺参数进行焊接，焊接后将焊接部位切开，检查焊缝深度是否满足图纸要求，若满足，则将当前工艺参数确定为最终焊接参数，若不满足，则对表中工艺参数进行调整，重新焊接，直至满足要求； I 电子束流I 聚焦电流焊接线速度束流偏iS距离 kV mA 丨 A m/min mm I_60__7.0 ?8.5 I 2,4 ?2.7 | 0.9 ?1,4__OJ 0-0.15 (2)擦洗待焊接催化床前床和后床的焊缝处，去除油污及异物，并吹干； (3)将步骤(2)处理后的前床和后床安装在焊接平台上，并抽真空，保证真空度不大于 IXKT1Pa ； (4)利用步骤(I)确定的最终焊接参数进行焊接。 所述步骤(4)中的焊接过程中，电子束流向后床偏离，保证焊缝两侧材料熔化程度相当。 所述的偏离距离10?15丝。 本专利技术与现有技术相比有益效果为: (I)采用该技术的推力室能够满足耐高温抗氧化的需求，并且增加了燃烧室段，能够提高燃烧充分性，提高推力器性能。 (2)在低温段采用高温合金，高温段采用钼铑合金，可以降低使用成本以及推力器自身重量，通过可靠的焊接工艺，能够保障的整个推力室焊接结构强度以及密封性。 (3)本专利技术GH3128与PtRh30两种不同熔点材料电子束焊的工艺方法，解决了两种材料可靠连接问题。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术剖视图； 图2为ADN热分解及燃烧反应的机理与路径； 图3为0.5MPa下ADN热分解及燃烧反应的轴向温度分布； 图4为本专利技术试验测试温度曲线； 图5为无燃烧室段推力室内温度曲线。 【具体实施方式】 为了合理配置结构，合理利用材料自身特性，降低成本以及推力器自身成本及重量，选择了米用高温合金与钼错合金相结合的方式作为推力室制备材料。同时，为了更进一步提高推力器的自身性能，提高推进剂燃烧充分性，增加燃烧增强结构。 1、新型推力室设计 催化床的设计主要是确定床内径和长度，国内外研究对于ADN推力器没有催化床设计准则的指导，ADN推进剂催化分解及燃烧反应机理尚无研究定论，因此，ADN推力器床载和催化床前期的催化分解与单组元推力器相似，根据单组元推力器设计方法，进行催化床和床载设计，需通过仿真手段分析，并最终通过热试车试验不断进行完善。 火箭研究公司经过大量试验，获得了大批数据，从中归纳出一套适用于壳牌405催化剂的设计准则，可以计算出催化剂床结构、氨分解度、催化剂床压降、燃烧室反应时间，并在推力为2.23N?445N的推力器上得到了验证。在此只讨论催化剂床长设计。(量纲为英制): 催化剂床长: T n , 47.75G0'554 Lb =0.5+....................p,- A(3) 其中:Lb催化剂床长 G 单位面积质量流量(g/ (cm2.s)) Pc燃烧室压力(kPa) As 比表面积(cm2/cm3) 上述参数中，比表面积As是催化剂重要的物理参数，催化剂堆密度(g/cm3)为 1.56，表面积(m2/g)为100，计算得As为156。对于长寿命的推力器，单位面积质量流量G取9kg/m2.sec,燃压Pc取IMPa。由此计算得床径为:Db = 20mm,床长为15mm。 ADN的燃烧反应过程大致可以分为两个阶段。第一阶段是ADN的热分解阶段，在这一阶段，ADN分解成为具有较小分子量的基团，其中一些具有氧化性，一些具有还原性，按照化学当量比计算，中间产物的氧化剂多于还原剂。第二阶段是燃烧阶段，在这一阶段，ADN分解产生的这些中间产物和添入的燃料共同反应，大量放热，完成燃烧的整个过程。 ADN热分解及燃烧反应的可能机理及路径可以归纳为两个分支。第一，作为一种络合物盐，ADN的分解开始于解离成相应的碱性基团和酸，可以写作 NH4N(NO2)2 — HN (NO2) 2+NH3 (4-5) 其中，HN(NO2)2会进一步分解成为具有更小分子量的基团， HN(NO2)2 — Ν02+ΗΝΝ02 — 0H+N20 (4-6) ADN热分解的第二条路径开始于NH4NO3以及N2O的生成，可以写作 NH4N(NO2)2 — ΝΗ4Ν03+Ν20 (4-7) 其中，NH4NO3在较高的温度下也会很快分解，生成具有更小分子量的基团， NH4NO3 — ΗΝ03+ΝΗ3 (4-8) 通过分析这些ADN热分解的中间产物，可以看出，其中的NH3具有还原性，而ΗΝ03、以及一些氮氧化物都具有氧化性，因此，这些ADN热分解的中间产物就成为了进一步燃烧反应发生的基础，由于ADN热分解生成的氧化性中间产物多于还原性中间产物，因此，通过额外在反应体系中添加燃料的方法，获得更高的反应效率，提高推进系统的整体性能。图2表征了 ADN热分解及燃烧反应的主要反应路径及阶段。可以看出，就ADN本身的热分解及燃烧而言，可以明显地区分为热分解阶段和燃烧阶段，而其他燃料的加入，事实上强化了燃烧阶段的反应。燃烧阶段的反应物，除了添入的燃料外，其余都是ADN热分解的中间产物。正是由于这种反应路径的存在，使得整个反应区内的轴向温度分布呈现明显的阶梯状，如图3所示。从图3中可以看出，在热分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ADN基无毒推力器的推力室，其特征在于：包括催化床前床、催化床后床、燃烧室，催化床后床与燃烧室及喷管采用一体化结构，催化床前床采用高温合金GH3128材料、催化床后床、燃烧室及喷管采用铂铑合金PtRh30材料，催化床前床与后床之间焊接在一起，焊接结构为环形锁底焊缝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭辉，陈君，王梦，张志伟，王永钢，刘瀛龙，付拓取，孙民，于金盈，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11