一种火箭发动机用电动泵结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种火箭发动机用电动泵结构，属于电气工程技术领域，特别涉及一种有效控制受热易分解的推进剂介质温升的电动泵结构，适用于新一代空天动力系统。


背景技术：

2.传统空天动力系统多采用液压控制技术为空天飞行器提供燃料和润滑，需要复杂的油路和驱动机械装置，结构复杂，可靠性低，使得空天飞行的寿命周期内维护成本过高。此外，在役的飞行器广泛应用小型涡喷发动机提供动力，发动机通过齿轮泵为发动机提供满足一定压力和流量的燃油供给，其排量固定，不可调整，属于定量泵，难以实现动力系统推进剂介质流量和压力的自主可控，造成发动机系统变推力控制技术成为一项难题。为解决这一问题，欧美等发达国家政府和知名企业创新性提出电动泵用于动力系统的设想，来实现火箭发动机的变推力控制。
3.新一代空天动力系统采用推进剂从液氢、液氧、煤油等介质衍生到h2o2、n2o4、偏二甲肼等受热易分解、爆炸介质，随着电动泵在新一代动力系统研究的愈演愈烈，推进剂介质在大功率高速电动泵中的温升控制技术成为火箭发动机用高速电动泵的关键技术，且在火箭发动机用电动泵中，泵体与电动机一体化设计成为主流趋势。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种火箭发动机用电动泵结构，该火箭发动机用电动泵结构可以避免推进剂介质受热分解易，造成爆炸的风险。
5.本实用新型通过以下技术方案得以实现。
6.本实用新型提供的一种火箭发动机用电动泵结构，包括永磁转子和定子电枢；定子电枢通过环氧树脂与机壳、后端盖连接；所述永磁转子通过隔离套与定子电枢连接，隔离套与永磁转子之间留有运行气隙；所述永磁转子的后端设有后轴承，前端设有前轴承，前轴承通过前轴承座与机壳连接；所述定子电枢、运行气隙、前轴承座的上接触面均设有密封圈，永磁转子的轴中心设有回流孔。
7.本结构与电动机一体化设计。
8.所述隔离套为碳纤维材质。
9.本实用新型的有益效果在于：采用低导热率高强度材料作为定子铁芯与永磁转子的隔离护套，将进入电机内部的易分解推进剂介质与强发热体热源—定子铁芯进行物理隔离，增加定子铁芯与推进剂介质之间热传导的热阻，从而有效控制推进剂介质的温升，规避推进剂介质受热易分解导致爆炸的风险。
附图说明
10.图1是本实用新型的结构示意图；
11.图2是本实用新型定子的结构示意图；
12.图中：1-后轴承，2-永磁转子，3-定子电枢，4-隔离套，5-运行气隙，6-密封圈，7-前轴承座，8-前轴承，9-回流孔，10-后端盖，11-环氧树脂，12-机壳。
具体实施方式
13.下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
14.如图1和图2所示的一种火箭发动机用电动泵结构，包括永磁转子2和定子电枢3；定子电枢3通过环氧树脂11与机壳12、后端盖10连接；所述永磁转子2通过隔离套4与定子电枢3连接，隔离套4与永磁转子2之间留有运行气隙5；所述永磁转子2的后端设有后轴承1，前端设有前轴承8，前轴承8通过前轴承座7与机壳12连接；所述定子电枢3、运行气隙5、前轴承座7的上接触面均设有密封圈6，永磁转子2的轴中心设有回流孔9。
15.本结构与电动机一体化设计，可有效控制进入电机内部的推进剂温升，避免推进剂受热易分解而导致爆炸的问题；同时，在密封性能、承压能力方面进行增强，使其耐液体压力可达到6mpa而无损坏和泄漏，保障了电动泵系统在新一代火箭发动机中的安全应用，还可推广至同类型泵用屏蔽电机中使用。
16.所述隔离套4为碳纤维材质。
17.具体的，在火箭发动机用电动泵中，泵体与电动机一体化设计成为主流趋势，本结构将泵的叶轮直接安装在电动机轴伸端，形成一体化转子结构，一体化转子旋转工作时将泵体入口处的推进剂介质分流到电机内部，进行轴承润滑、冷却以及转子冷却，这种分流结构在高速电动泵中对于保障电机寿命和可靠性具有重要作用，且不可替代。
18.推进剂介质在叶轮处分流进入电机内部的具体路径为：介质从前轴承8的轴承缝隙进入电机的运行气隙5处，再经过后轴承1的轴承缝隙到达永磁转子2后端，最后从轴中心的回流孔9返回到泵体内形成循环闭合流道。跟随分流介质的流动过程，推进剂从前轴承流进直到流出回流孔的过程是一个温度不断升高的过程，对推进剂起到加热作用的热源主要有：前轴承8的摩擦热、永磁转子2涡流的损耗、定子电枢3的铁耗及铜耗、后轴承9的摩擦热。
19.一般情况，定子电枢铁耗及铜耗是所有损耗总最高量级，会造成电动泵的剧烈发热，因此，对于传统结构，隔离套4采用金属材料，其高热导率会将定子电枢的热量迅速从隔离套传递到运行气隙处的推进剂介质，对推进剂进行加热而造成推进剂介质迅速升温，为了解决定子电枢对推进剂介质的加热避免介质温升过高分解的问题，采用碳纤维隔离套代替金属隔离套。定量上，普通碳纤维材料热导率为0.24w/(m
·
℃)，而金属材料如不锈钢1cr17ni2的热导率为20.9w/(m
·
℃)。将金属隔离套更换为碳纤维隔离套后，其导热性能降低约100倍，能够有效阻碍定子电枢温度向推进剂的传导，从而能很好的控制推进剂介质的温升。
20.进一步的，为更好的提升碳纤维隔离套的承压、密封性能，在电动泵及定子结构上还需进一步强化，具体为：在前轴承座7、隔离套5、定子电枢3的上接触面增加密封圈6，避免推进剂介质的泄露；定子电枢3在制作过程中，如图2所示，将后端盖10、定子电枢3、机壳12组装好，再采用专用工艺装备对定子电枢空腔部位进行环氧树脂灌封11，形成一个与隔离套5贴合良好的接触面，起到对隔离套的支撑作用，以限制隔离套受强压力而变形开裂。
21.综上所述，火箭发动机用电动泵推进剂介质在电机内部存在流量小、压力大的特
点，采用常规非金属材料需要解决耐液压、密封和介质相容性问题；本结构采用碳纤维材料代替传统的金属材料作为定子铁芯与永磁转子的隔离护套，碳纤维材料具备低热导率、高抗拉强度的特点，且进行不同方向的复合材料铺层工艺研究及成型可保证其耐高压密封性，能够满足电动泵隔离护套耐高液压、密封性的要求，根据试验证明，其与h2o2、n2o4等材料具有良好的相容性，适合火箭发动机的应用需求。


技术特征：
1.一种火箭发动机用电动泵结构，包括永磁转子(2)和定子电枢(3)，其特征在于：定子电枢(3)通过环氧树脂(11)与机壳(12)、后端盖(10)连接；所述永磁转子(2)通过隔离套(4)与定子电枢(3)连接，隔离套(4)与永磁转子(2)之间留有运行气隙(5)；所述永磁转子(2)的后端设有后轴承(1)，前端设有前轴承(8)，前轴承(8)通过前轴承座(7)与机壳(12)连接；所述定子电枢(3)、运行气隙(5)、前轴承座(7)的上接触面均设有密封圈(6)，永磁转子(2)的轴中心设有回流孔(9)。2.如权利要求1所述的火箭发动机用电动泵结构，其特征在于：本结构与电动机一体化设计。3.如权利要求1所述的火箭发动机用电动泵结构，其特征在于：所述隔离套(4)为碳纤维材质。

技术总结
本实用新型提供了一种火箭发动机用电动泵结构，包括永磁转子和定子电枢；定子电枢通过环氧树脂与机壳、后端盖连接；所述永磁转子通过隔离套与定子电枢连接，隔离套与永磁转子之间留有运行气隙；所述永磁转子的后端设有后轴承，前端设有前轴承，前轴承通过前轴承座与机壳连接；所述定子电枢、运行气隙、前轴承座的上接触面均设有密封圈，永磁转子的轴中心设有回流孔。本实用新型采用低导热率高强度材料作为定子铁芯与永磁转子的隔离护套，将进入电机内部的易分解推进剂介质与强发热体热源—定子铁芯进行物理隔离，增加定子铁芯与推进剂介质之间热传导的热阻，从而有效控制推进剂介质的温升，规避推进剂介质受热易分解导致爆炸的风险。风险。风险。


技术研发人员：陈恩涛 曹力 吴文坤 施道龙 卓亮 刘武旭
受保护的技术使用者：贵州航天林泉电机有限公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/6/9