1.本发明属于固体火箭发动机技术领域，涉及燃烧室壳体与封头的连接装置，特别涉及一种燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构。
背景技术：2.燃烧室壳体是固体火箭发动机的重要部件，为发动机提供装药空间，承担发动机工作载荷与导弹外载荷，一旦发生泄露，将导致重大事故，因此，需要采用紧凑、轻质、可靠的连接方式，以满足燃烧室壳体、前后端盖、喷管壳体机械接口都的密封要求。现有技术中，燃烧室壳体与喷管壳体的连接主要采用螺栓、螺钉、螺纹、销钉、卡环、挡圈等部件，其中，由于卡环连接具有消极质量小的优点，所以在中小型固体火箭发动机上得到了广泛应用。然而，现有技术中的卡环连接大都为分块形式，需要与连接部件分块加工，导致连接结构的可靠度降低；其次，现有的卡环安装需要很大的安装空间，增加了发动机的消极质量；但是其加工精度要求高，需要借助专用工具，安装、拆卸困难。
技术实现要素：3.为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，该连接结构可以实现燃烧室壳体与喷头组件的可靠安全连接，保证两者之间的轴向定位与环向定位功能，安装拆卸方便、密封效果好、连接可靠度高、可降低发动机的接头消极质量，提高发动机的质量比。
4.一种燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，包括燃烧室壳体和喷管壳体，还包括限位组件；
5.所述燃烧室壳体包括筒段以及分别设置在所述筒段头端及尾端的第一封头段和第二封头段，所述第二封头段的尾部端面沿轴向开设有中心圆孔，所述中心圆孔内壁上沿周向等距离间隔布设多个插入凹槽，相邻插入凹槽之间的中心圆孔内壁上开设有滑槽；
6.所述喷管壳体设置在所述燃烧室壳体的尾端，包括一体化连接设置的收敛段、过渡段和扩张段；所述收敛段朝向第二封头段的外壁上沿周向等距离间隔布设有多个能够与所述插入凹槽配合的插入凸块，且所述插入凸块能够沿所述滑槽滑动，以实现喷管壳体与所述燃烧室壳体的连接或分离；
7.所述限位组件能够与插入凹槽配合连接，实现对与燃烧室壳体连接的喷管壳体的限位。
8.本发明还具有以下技术特征：
9.具体的，所述限位组件包括结构相同且呈镜面对称设置的第一限位块和第二限位块，所述第一限位块和第二限位块相对接形成供限位螺栓穿设的安装孔，限位螺栓通过与第二封头段的螺纹连接，实现对喷管壳体径向位置的固定。
10.更进一步的，所述第一限位块包括连接设置的支撑部和连接部，所述连接部的头端设置有横截面为半圆形的凹槽；当第一限位块与第二限位块对接时，两个凹槽相对接形
成安装孔。
11.更进一步的，所述收敛段朝向第二封头段的外壁上开设有一圈环向安装槽，所述安装槽内设置有密封圈，密封圈的外壁可与中心圆孔的内圆柱面接触。
12.更进一步的，所述插入凸块包括第一凸块和第二凸块，所述滑槽包括第一滑槽和第二滑槽，所述第一凸块与第二凸块的宽度均为5.5mm，第一凸块与第二凸块的高度均为10mm，所述第一凸块的外廓与第一滑槽的内廓匹配，所述第二凸块的外廓与第二滑槽的内廓匹配。
13.更进一步的，所述插入凹槽的中心线与所述滑槽的中心线相互垂直设置。
14.更进一步的，所述支撑部的底端设有与所述插入凹槽形状匹配的限位面，所述限位面包括第一限位面和第二限位面，所述第一限位面与第二限位面之间所夹的锐角为9
°
。
15.更进一步的，所述燃烧室壳体和喷管壳体均采用超强不锈钢材料制成。
16.本发明与现有技术相比的有益技术效果：
17.本发明的一体化卡环连接结构，可以有效降低卡环的剪切应力与挤压应力、提高燃烧室壳体与喷管壳体连接的安全系数、承压能力高，适用于高压强发动机的可靠连接；本发明结构紧凑，减小了接头尺寸，降低了发动机的消极质量，提高了发动机的质量比；本发明加工工艺便捷、安装与拆卸方便、安装与拆卸需要操作空间小。
附图说明
18.图1为本发明的整体结构示意图；
19.图2为本发明的局部结构示意图；
20.图3为燃烧室壳体结构示意图；
21.图4为喷管壳体的结构示意图；
22.图5为第一限位块结构示意图；
23.1-燃烧室壳体，2-喷管壳体，3-限位组件，4-密封圈，5-限位螺栓；11-筒段，12-中心圆孔；21-收敛段，22-过渡段，23-扩张段；31-第一限位块，32-第二限位块；121-插入凹槽， 122-滑槽；211-插入凸块，212-安装槽；311-支撑部，312-连接部；1221-第一滑槽，1222
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第二滑槽；2111-第一凸块，2112-第二凸块；3111-限位面，3121-凹槽；31111-第一限位面， 31112-第二限位面。
具体实施方式
24.需要说明的是，本发明中的所有设备和零部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的设备和零部件。
25.本发明所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指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，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
26.在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术
语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，需要说明的是本发明不局限于以下具体实施例，凡在本发明技术方案基础上进行的同等变换均在本发明的保护范围内。
28.实施例1：
29.如图1所示，本实施例给出一种燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，包括燃烧室壳体1和喷管壳体2，还包括限位组件3；
30.燃烧室壳体1包括筒段11以及分别设置在筒段11头端及尾端的第一封头段和第二封头段，第二封头段的尾部端面沿轴向开设有中心圆孔12，中心圆孔12内壁上沿周向等距离间隔布设多个插入凹槽121，中心圆孔12内壁上的相邻插入凹槽121之间开设有滑槽122；
31.喷管壳体2设置在燃烧室壳体1的尾端，包括一体化连接设置的收敛段21、过渡段22 和扩张段23；收敛段21朝向第二封头段的外壁上沿周向等距离间隔布设有多个能够与插入凹槽121配合的插入凸块211，且插入凸块211能够沿滑槽122滑动，以实现喷管壳体2与燃烧室壳体1的连接或分离；
32.限位组件3能够与插入凹槽121配合连接，实现对与燃烧室壳体1连接的喷管壳体2的限位。
33.作为本实施例的一种优选方案，限位组件3包括结构相同且呈镜面对称设置的第一限位块31和第二限位块32，第一限位块31和第二限位块32相对接形成供限位螺栓穿设的安装孔，限位螺栓通过与第二封头段的螺纹连接，实现对喷管壳体2径向位置的固定。
34.作为本实施例的一种优选方案，第一限位块31包括连接设置的支撑部311和连接部312，连接部312的头端设置有横截面为半圆形的凹槽3121；当第一限位块31与第二限位块32对接时，两个凹槽3121相对接形成安装孔，安装孔用于限位螺栓或限位杆的安装。
35.作为本实施例的一种优选方案，收敛段21朝向第二封头段的外壁上开设有一圈环向安装槽212，所述安装槽212内设置有密封圈4，密封圈4的外壁可与中心圆孔12的内圆柱面接触，从而实现密封圈4与中心圆孔12的内圆柱面的密封。
36.作为本实施例的一种优选方案，插入凸块211包括第一凸块2111和第二凸块2112，滑槽122包括第一滑槽1221和第二滑槽1222，第一凸块2111与第二凸块2112的宽度均为 5.5mm，第一凸块2111与第二凸块2112的高度均为10mm；所述第一凸块2111的外廓与第一滑槽1221的内廓匹配，所述第二凸块2112的外廓与第二滑槽1222的内廓匹配。
37.作为本实施例的一种优选方案，插入凹槽121的中心线与第一滑槽1221的中心线相互垂直设置。
38.作为本实施例的一种优选方案，支撑部311的底端设有与插入凹槽121形状匹配的限位面3111，限位面包括第一限位面31111和第二限位面31112，第一限位面31111与第二限位面31112之间所夹的锐角为9
°
。
39.作为本实施例的一种优选方案，燃烧室壳体1和喷管壳体2均采用超强不锈钢材料制成。
40.本发明装置的工作原理为：
41.根据固体火箭发动机燃烧室壳体开口与喷管壳体的结构形式，采用一体化卡块连接方式，进行发动机连接部件的载荷传递。
42.本发明装置在安装时，先将密封圈4放入喷管壳体2的密封槽内，将插入凸块211与燃烧室壳体1上的插入凹槽121对齐后，将喷管壳体2水平装入燃烧室壳体1，装入至燃烧室壳体1的槽端面，然后将喷管壳体2旋转一定角度，至插入凸块211滑入滑槽122，然后，将第一限位块31和第二限位块32装入每个燃烧室壳体1的插入凹槽121内，并用限位螺栓固定，直至完成燃烧室壳体1与喷管壳体2的固定安装。
43.燃烧室壳体1与喷管壳体2的拆卸过程如下：
44.先拧下任意一个限位螺栓，将第一限位块31和第二限位块32取出；然后依次将所有第一限位块31和第二限位块32取出，将喷管壳体2旋转一定角度，至插入凸块211与燃烧室壳体1上的插入凹槽121对齐，水平拉出喷管壳体2，完成拆卸。
45.本发明在进行使用过程中，采用o型密封圈4进行径向密封；插入凸块211的设置可以保证燃烧室壳体1与喷管壳体2之间的载荷传递；借助第一限位块31、第二限位块32和限位螺栓燃烧室壳体1与喷管壳体2的环向定位，防止连接结构出现旋转。
46.可行性与安全性验证：
47.采用工程计算公式验证本发明装置的效果，重点校核剪切安全系数和挤压安全系数。在发动机工作压力为10mpa，拉伸破坏强度为1620mpa,剪切破坏强度为1215mpa，中心圆孔12 直径为φ400mm，凸块宽度5.5mm，高度为10mm，沿轴向设置20个凸块的情况下，最终确定剪切安全系数与挤压安全系数均大于3.0，满足工程设计使用要求。
48.综上，与现有技术中所使用的分块结构的卡环连接相比，本发明装置由于采用了轮廓匹配的卡合连接的结构设计，尤其是多排凸块连接结构，充分利用了后开口的有限空间，极大增强了凸块的承载能力，能够有效降低卡环的剪切应力与挤压应力、提高燃烧室壳体与喷管壳体连接的安全系数、承压能力高，结构简单，使用方便，具有很强的推广使用价值。
49.在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。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在本技术方案中的具体含义。
50.在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。
技术特征：1.一种燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，包括燃烧室壳体(1)和喷管壳体(2)，其特征在于，还包括限位组件(3)；所述燃烧室壳体(1)包括筒段(11)以及分别设置在所述筒段(11)头端及尾端的第一封头段和第二封头段，所述第二封头段的尾部端面沿轴向开设有中心圆孔(12)，所述中心圆孔(12)内壁上沿周向等距离间隔布设多个插入凹槽(121)，中心圆孔(12)内壁上的相邻插入凹槽(121)之间开设有滑槽(122)；所述喷管壳体(2)设置在所述燃烧室壳体(1)的尾端，包括一体化连接设置的收敛段(21)、过渡段(22)和扩张段(23)；所述收敛段(21)朝向第二封头段的外壁上沿周向等距离间隔布设有多个能够与所述插入凹槽(121)配合的插入凸块(211)，且所述插入凸块(211)能够沿所述滑槽(122)滑动，以实现喷管壳体(2)与所述燃烧室壳体(1)的连接或分离；所述限位组件(3)能够与插入凹槽(121)配合连接，实现对与燃烧室壳体(1)连接的喷管壳体(2)的限位。2.如权利要求1所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述限位组件(3)包括结构相同且呈镜面对称设置的第一限位块(31)和第二限位块(32)，所述第一限位块(31)和第二限位块(32)相对接形成供限位螺栓(5)穿设的安装孔，限位螺栓(5)通过与第二封头段的螺纹连接，实现对喷管壳体(2)径向位置的固定。3.如权利要求2所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述第一限位块(31)包括连接设置的支撑部(311)和连接部(312)，所述连接部(312)的头端设置有横截面为半圆形的凹槽(3121)；当第一限位块(31)与第二限位块(32)对接时，两个凹槽(3121)相对接形成安装孔。4.如权利要求1所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述收敛段(21)朝向第二封头段的外壁上开设有一圈环向安装槽(212)，所述安装槽(212)内设置有密封圈(4)，密封圈(4)的外壁可与中心圆孔(12)的内圆柱面接触。5.如权利要求1所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述插入凸块(211)包括第一凸块(2111)和第二凸块(2112)，所述滑槽(122)包括第一滑槽(1221)和第二滑槽(1222)，所述第一凸块(2111)与第二凸块(2112)的宽度均为5.5mm，第一凸块(2111)与第二凸块(2112)的高度均为10mm；所述第一凸块(2111)的外廓与第一滑槽(1221)的内廓匹配，所述第二凸块(2112)的外廓与第二滑槽(1222)的内廓匹配。6.如权利要求1所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述插入凹槽(121)的中心线与所述第一滑槽(1221)的中心线相互垂直设置。7.如权利要求1所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述支撑部(311)的底端设有与所述插入凹槽(121)形状匹配的限位面(3111)，所述限位面包括第一限位面(31111)和第二限位面(31112)，所述第一限位面(31111)与第二限位面(31112)之间所夹的锐角为9
°
。8.如权利要求1所述的燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，其特征在于，所述燃烧室壳体(1)和喷管壳体(2)均采用超强不锈钢材料制成。
技术总结本发明公开一种燃烧室壳体与喷管壳体的一体化卡环连接结构，包括燃烧室壳体和喷管壳体，还包括限位组件；燃烧室壳体包括筒段以及分别设置在筒段头端及尾端的第一封头段和第二封头段，第二封头段的尾部端面沿轴向开设有中心圆孔，中心圆孔内壁上沿周向等距离间隔布设多个插入凹槽，相邻插入凹槽之间的中心圆孔内壁上开设有滑槽；喷管壳体设置在燃烧室壳体的尾端，包括收敛段、过渡段和扩张段；收敛段朝向第二封头段的外壁上沿周向等距离间隔布设有多个能够与插入凹槽配合的插入凸块，且插入凸块能够沿滑槽滑动，以实现喷管壳体与燃烧室壳体的连接或分离；限位组件能够与插入凹槽配合连接，实现对与燃烧室壳体连接的喷管壳体的限位。限位。限位。
技术研发人员：龚建良 胥会祥 边城 杨燕京 李吉祯 张正泽 马凯 屈蓓
受保护的技术使用者：西安近代化学研究所
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
