(57)【要約】      （修正有）【課題】液体推進剤ロケットエンジン用の推進チャンバであって、外側被覆と内壁との間に良好な機械的接続を行うと同時に重量の低減を可能にする推進チャンバを提供する。【解決手段】液体推進剤ロケットエンジン用の推進チャンバは、少なくとも、金属で作られる内壁１０と、有機マトリックス複合材で作られる外側被覆１１と、外側被覆と内壁１０との間に配置される冷却回路１２と、を備える。推進チャンバ２は、金属内壁に固定され、外側被覆１１の内面の凹部に受け入れられる少なくとも１つの半径方向突出部１９、２０を提供する少なくとも第１の軸線方向エンドピース１７をさらに備える。この凹部は、内部圧力および推力と関連する力を吸収するように、前記外側被覆１１に実質的に円周方向に配向される強化用繊維の第１のベルト２１、２２と第２のベルト２３、２４との間に軸線方向に位置している。【選択図】図２
2017082791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体推進剤ロケットエンジン用の推進チャンバ（２）にして、少なくとも、
金属で作られる内壁（１０）と、
有機マトリックス複合材で作られる外側被覆（１１）と、
冷却回路（１２）と、
を備える推進チャンバ（２）であって、
金属内壁に固定され、外側被覆（１１）の内面の凹部に受け入れられる少なくとも１つの半径方向突出部（１９、２０）を提供する少なくとも第１の軸線方向エンドピース（１７、１８）をさらに備え、この凹部が、前記外側被覆（１１）に実質的に円周方向に配向される強化用繊維の第１のベルト（２１、２２）と第２のベルト（２３、２４）との間に軸線方向に位置していることを特徴とする、推進チャンバ（２）。
【請求項２】
前記有機マトリックス複合材が、炭素で作られる強化用繊維を含む、請求項１に記載の推進チャンバ（２）。
【請求項３】
強化用繊維の前記ベルト（２１、２２；２３、２４）が、外側被覆（１１）の少なくとも１つの内層を取り囲む、請求項１または２に記載の推進チャンバ（２）。
【請求項４】
強化用繊維の前記ベルト（２１、２２；２３、２４）が、張力で予応力が加えられる、請求項１から３のいずれかに記載の推進チャンバ（２）。
【請求項５】
半径方向突出部（１９、２０）が、第１の軸線方向エンドピース（１７、１８）の外周の周りに延在する、請求項１から４のいずれかに記載の推進チャンバ（２）。
【請求項６】
内壁（１０）が、収縮−拡散ノズルのスロート（２ｂ）を画定する、請求項１から５のいずれかに記載の推進チャンバ（２）。
【請求項７】
前記ノズルスロート（２ｂ）の周りに内壁（１０）と外側被覆（１１）の円筒形セグメントとの間に挿入される環状部（１３）をさらに含む、請求項６に記載の推進チャンバ（２）。
【請求項８】
内壁（１０）を介して通過することなく環状部（１３）と外側被覆（１１）との間で少なくとも軸線方向力を伝達するための接続装置をさらに備える、請求項７に記載の推進チャンバ（２）。
【請求項９】
冷却回路（１２）と外側被覆（１１）との間に密封バリアをさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の推進チャンバ（２）。
【請求項１０】
前記内壁（１０）の他の端部に固定され、外側被覆（１１）の内面のもう１つの凹部に受け入れられる少なくとも１つの他の半径方向突出部（１９、２０）を提供する第２の軸線方向エンドピース（１７、１８）を含み、この他の凹部が、前記外側被覆（１１）に実質的に円周方向に配向される強化用繊維の第３のベルト（２１、２２）と第４のベルト（２３、２４）との間に軸線方向に位置している、請求項１から９のいずれかに記載の推進チャンバ（２）。
【請求項１１】
方法が、少なくとも次のステップ、すなわち、
外側被覆（１１）の内層を少なくとも形成するために前記第１の軸線方向エンドピース（１７、１８）を少なくとも組み込むコア（２５、２５’）の周りに繊維（２７）を配置するステップであって、繊維（２７）は、半径方向突出部（１９、２０）が受け入れられる凹部を形成するために、少なくとも第１の軸線方向エンドピース（１７、１８）の半径方向突出部（１９、２０）の輪郭上に密着しているステップと、
強化用繊維の前記第１および第２のベルト（２１、２２；２３、２４）を少なくとも形成するために実質的に円周方向に追加の強化用繊維（２８）を巻き付けるステップと、
繊維を液体樹脂で含浸するステップと、
外側被覆の複合材の有機マトリックスを形成するために樹脂を硬化させるステップと、
を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の推進チャンバを製造するための製造方法。
【請求項１２】
樹脂が硬化された後に、コア（２５’）の本体（２６）が、外側被覆（１１）の内側から取り出され、内壁（１０）および推進チャンバの冷却回路（１２）が、外側被覆（１１）の内側に挿入され、第１のエンドピース（１７、１８）に固締される、請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記コア（２５）がまた、内壁（１０）および冷却回路（１２）を少なくとも組み込む、請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記繊維（２７）が、コア（２５、２５’）の周りに二次元および／または三次元的に編組され、後に、外側被覆（１１）の内層を少なくとも形成するために含浸される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記含浸繊維を組み込んでいるシートが、外側被覆（１１）の内層を少なくとも形成するようにコア（２５、２５’）の周りに巻かれる、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記半径方向突出部（１９、２０）が、積層造形方法によって製造される、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロケットエンジン推進チャンバの分野、およびそれらを製造することに関する。
【０００２】
より詳細には、本発明は、金属内壁、外側被覆、および冷却回路を有する燃焼室に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、この種の燃焼室は、液体推進剤を用いるロケットエンジンおよび回生供給回路に使用され、この場合、推進剤のうちの少なくとも１つは、燃焼室に注入されるより前に加熱されると同時にその内壁を冷却するために燃焼室の冷却回路を通過する。金属内壁は、燃焼室の内側から冷却回路への熱伝達を確保する。
【０００４】
通常、外側被覆は、この種の燃焼室の主要な構造要素になっている。特に、これは、燃焼室の内側からの圧迫力、およびまたロケットエンジンによって発生される推力、およびロケットエンジンが作動中に受けるさまざまな動的な力を吸収する。
【０００５】
現時点での技術水準においては、知られている燃焼室は、通常、金属、および特にニッケルで同じく作られる外側被覆を有する。それにもかかわらず、この種の金属外側被覆は、通常、大きな熱膨張係数を提示し、それによって、比較的低温の被覆と比較的高温の内壁との間に大きな熱機械応力がもたらされ、その応力は、液体水素などの極低温推進剤が燃焼室の冷却回路を通過する場合に特に大きい。そのうえ、水素はまた、内壁との、および金属で作られる他の要素との外側被覆の機械的接続に悪影響を及ぼす場合がある。
【０００６】
これらの問題を解決するために、およびまた、燃焼室を製造するために要求されるコストおよび時間を低減するために、外側被覆に有機マトリックス複合材を用いる提案が行われている。この種の有機材料は、燃焼室の外側被覆が受ける応力に、より良好に適応する熱機械特性を提供する利点をもたらし、同時に重量がより軽く、水素汚染に耐えることにより強く、また比較的小さい熱膨張係数を有する。それにもかかわらず、この種の材料と内壁などの金属で作られる要素との間の良好な機械的接続を行うことは困難である。金属接続が提案されているが、それにもかかわらず、それらの重量が、有機マトリックス複合材で作られる外側被覆の軽さにより、多くの利点を否定している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、それらの欠点を改善しようとするものである。より詳細には、本開示は、液体推進剤ロケットエンジン用の推進チャンバであって、少なくとも金属で作られる内壁と、有機マトリックス複合材で作られる外側被覆と、冷却回路とを備え、外側被覆と内壁との間に良好な機械的接続を行うと同時に重量の低減を可能にする推進チャンバを提供しようとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、燃焼室が、金属内壁に固定され、外側壁の内面の凹部に受け入れられる少なくとも１つの半径方向突出部を提供する少なくとも第１の軸線方向エンドピースをさらに備え、この凹部が、前記外側被覆に実質的に円周方向に配向される強化用繊維の第１のベルトと第２のベルトとの間に軸線方向に位置しているという事実によって達成される。
【０００９】
これらの対策によって、前記強化用繊維ベルトは、凹部の半径方向突出部を保持する際に有効であり、それによって、外側被覆と外側被覆が固定されるエンドピースとの間の特に強力な機械的接続が行われる。
【００１０】
有機マトリックス複合材は、特に、炭素繊維で強化される材料を含む。炭素繊維は、非常に有用であり、特に大きな牽引強度、およびまた、比較的小さい、ある特定の状況では負でさえある熱膨張係数である機械的特性を提示する。したがって、炭素繊維によって強化された有機マトリックス複合材は、非常に有利であり、かつ特に、強化用繊維のために選択される配向に応じてある方向でほとんどゼロである熱膨張係数である熱機械的特性を提示することができる。したがって、および特に、外側被覆について、およびエンドピースとのその接続について、およびまた内壁についての熱機械応力を低減するために、前記有機マトリックス複合材は、炭素で作られる強化用繊維を有することができる。
【００１１】
エンドピースに対して外側被覆を保持し、それによって、それらの間の機械的接続をさらにより確実にするために、前記強化用繊維ベルトは、外側被覆の少なくとも１つの内層を取り囲むことができる。そのうえ、強化用繊維ベルトは、エンドピースの上へより良好に固締するために張力で予応力が加えられ得る。半径方向突出部は、その外周の周りに全体的にそれと共に接続を行うために、第１の軸線方向エンドピースの外周の上に延在することができる。
【００１２】
内壁は、収縮−拡散ノズルのスロートを形成することができ、それによって、スロートが冷却回路によって冷却できるようになる。こうした状況では、推進チャンバはまた、前記ノズルスロートの周りに内壁と外側被覆の円筒形セグメントとの間に挿入される環状部をさらに含むことができ、それによって、外側被覆の製造を複雑にすることなくノズルスロートが保持される。
【００１３】
内壁を介して通過することなく環状部と外側被覆との間で少なくとも軸線方向に力を伝達するために、推進チャンバは、この伝達を行うのに適している接続装置をさらに備えることができる。例示として、接続装置は、クリートおよびペグから成り得る。
【００１４】
特に冷却回路の製造を簡単にするために、推進チャンバは、冷却回路と外側被覆との間に密封バリアをさらに備えることができる。例示として、密封バリアは、たとえ他の材料、特にこのような温度にさらされるのに同様に適しているポリマーを考えることが等しく可能であるにしても、極低温にさらされるのに適しているポリイミドフィルムによって形成され得る。
【００１５】
通常、外側被覆と内壁との間の接続は、推進チャンバの２つの端部で行われる。このために、推進チャンバは、前記内壁の他の端部に固定され、外側被覆の内面のもう１つの凹部に受け入れられる少なくとも１つの他の半径方向突出部を提供する第２の軸線方向エンドピースをさらに含むことができ、この他の凹部は、前記外側被覆に実質的に円周方向に配向される強化用繊維の第３のベルトと第４のベルトとの間に軸線方向に位置している。それにもかかわらず、この他の端部に他の接続手段を考えることもできる。
【００１６】
また、本開示は、この種の推進チャンバを製造するための方法に関し、方法は、少なくとも、外側被覆の内層を少なくとも形成するために前記第１のエンドピースを少なくとも組み込むコアの周りに繊維を配置するステップであって、半径方向突出部が受け入れられる凹部を形成するために、繊維が、少なくとも第１のエンドピースの半径方向突出部の輪郭上に密着しているステップと、強化用繊維の前記第１および第２のベルトを少なくとも形成するために実質的に円周方向に追加の強化用繊維を巻き付けるステップと、繊維を液体樹脂で含浸するステップと、外側被覆の複合材の有機マトリックスを形成するために樹脂を硬化させるステップと、を含む。ステップが列挙されている順序は、任意の特定の順序で実行されるということを決して意味するものではない。より詳細には、被覆の内層を少なくとも形成するようにコアの周りに配置される繊維は、設置されるステップの前に、設置ステップ中に、および／または設置ステップ後に液体樹脂で含浸され得る。樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、この場合、硬化は、焼成することによって行われる。しかしながら、これはあるいは熱可塑性樹脂であることもあり、この場合、硬化は、冷却によって行われる。
【００１７】
本方法を使って、被覆とエンドピースとの間の機械的接続が、特に熱硬化性樹脂とエンドピースとの間の接着によって、さらに強化される。この接着をさらに改善するために、液体樹脂と直接接触するエンドピースの表面は、たとえば積層造形によって半径方向突出部を製造することによって、粗面化され得る。
【００１８】
第１の代替案においては、外側被覆を形成するために繊維が周囲に設置されるコアは、冷却回路によっておよび内壁によって外側被覆の内側に再配置されるように、樹脂が硬化された後に取り外されるのに適している本体を含むことができる。したがって、硬化後に、コアの本体は、外側被覆の内側から取り出されることができ、内壁および推進チャンバの冷却回路は、外側被覆の内側に挿入され、たとえば溶接によって第１のエンドピースに固締され得る。
【００１９】
第２の代替案においては、前記コアはまた、内壁および冷却回路を少なくとも組み込むことができ、第１のエンドピースを含まない。したがって、外側被覆は、そのアセンブリに直接形成され得る。
【００２０】
そのうえ、いくつかの他の方法が、繊維を正しい場所に置くために使用され得る。したがって、繊維は編組されることができ、または、それらは、コアの周りにフィラメントワインディングによって編まれ、または、前記繊維を組み込むシートが、外側被覆の内層を少なくとも形成するように、コアの周りに巻かれ得る。
【００２１】
そのうえ、少なくとも１つのエンドピースの前記半径方向突出部は、外側被覆に対してより大きな接着を行う表面粗さを得るために、積層造形方法によって製造され得る。
【００２２】
本発明は、非限定的な実施例として与えられる実施形態の次の詳細な説明を読むと、十分に理解されることができ、その利点がよりよく明らかになる。説明は、添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ロケットエンジンの線図である。
【図２】第１の実施形態の推進チャンバの長手方向断面図である。
【図３Ａ】図２の推進チャンバを製造する方法のステップを示す図である。
【図３Ｂ】図２の推進チャンバを製造する方法のステップを示す図である。
【図３Ｃ】図２の推進チャンバを製造する方法のステップを示す図である。
【図４】第２の実施形態の推進チャンバの長手方向断面図である。
【図５Ａ】図４の推進チャンバを製造する第１の方法のステップを示す図である。
【図５Ｂ】図４の推進チャンバを製造する第１の方法のステップを示す図である。
【図５Ｃ】図４の推進チャンバを製造する第１の方法のステップを示す図である。
【図５Ｄ】図４の推進チャンバを製造する第１の方法のステップを示す図である。
【図５Ｅ】図４の推進チャンバを製造する第１の方法のステップを示す図である。
【図６Ａ】図４の推進チャンバを製造する第２の方法のステップを示す図である。
【図６Ｂ】図４の推進チャンバを製造する第２の方法のステップを示す図である。
【図６Ｃ】図４の推進チャンバを製造する第２の方法のステップを示す図である。
【図６Ｄ】図４の推進チャンバを製造する第２の方法のステップを示す図である。
【図６Ｅ】図４の推進チャンバを製造する第２の方法のステップを示す図である。
【図６Ｆ】図４の推進チャンバを製造する第２の方法のステップを示す図である。
【図７Ａ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図７Ｂ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図７Ｃ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図７Ｄ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図７Ｅ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図７Ｆ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図７Ｇ】図４の推進チャンバを製造する第３の方法のステップを示す図である。
【図８Ａ】第３の実施形態の推進チャンバを組み立てる２つのステップを示す図である。
【図８Ｂ】第３の実施形態の推進チャンバを組み立てる２つのステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、液体推進剤ロケットエンジン１の線図である。ロケットエンジン１は、燃焼室２ａ、および発散部分３が延在する収縮−拡散ノズルのスロート２ｂをそれ自体備える推進チャンバ２と、第１のターボポンプ４と、第２のターボポンプ５と、対応するタンク（図示せず）から得られる推進剤を推進チャンバ２に供給するためのガス発生器６とを備える。ターボポンプの各々は、少なくとも１つのポンプと、ポンプが回転軸を介してタービンによって駆動され得るように、共通の回転軸によって一緒に接続される少なくとも１つのタービンとを備える。
【００２５】
作動時に、第１の液体推進剤は、たとえば液体水素などの極低温推進剤であってもよいが、推進チャンバ２におよびガス発生器６に第１のターボポンプ４によって圧送される。第２の液体推進剤は、やはり液体酸素などの極低温推進剤であってもよいが、同じく推進チャンバ２におよびガス発生器６に第２のターボポンプ５によって圧送される。推進チャンバ２においては、２つの推進剤の間の発熱化学反応が、高温で燃焼ガスを発生させ、次いで、そのガスは、反動力によって反対方向に推力を発生させるようにノズル２ｂ内で膨張することによって超音速まで加速される。示されるように、推進チャンバ２は、注入されるより前に第１の推進剤によって冷却される。そのうえガス発生器６に供給する推進剤の小部分がまた、高温で燃焼ガスを発生させるように発熱を伴ってその中で反応し、そのガスは、それらを駆動するように２つのターボポンプ４および５のタービン内で膨張する。
【００２６】
また、異なる形態を有するロケットエンジンが考えられ得る。したがって、例示として、いわゆる「エキスパンダ」サイクルロケットエンジンにおいては、ターボポンプは、ガス発生器から生じる燃焼ガスによってではなく、燃焼室に放出された熱によって加熱された後に推進剤のうちの少なくとも１つによって駆動される。本発明は、この種の他の形態に、およびまた他の種類の機械を試験することに等しく適用できる。
【００２７】
図２は、推進チャンバ２の第１の実施形態をより詳細に示している。ご覧のように、推進チャンバ２は、内壁１０と、外側被覆１１と、内壁１０に形成されるチャネルによって形成される冷却回路１２とを有する。内壁１０は、高い熱伝導率を有する金属材料で作られる。金属材料は、特に、銅、またはその主成分として銅を有する合金であってもよい。これは、燃焼室２ａを画定する、実質的に円筒形の上部セグメント１０ａと、燃焼室２ａから下流の収縮−拡散ノズルのスロート２ｂを画定する下部セグメント１０ｂとから成る。
【００２８】
外側被覆１１は、繊維によって強化される有機マトリックスから成る複合材で作られる。具体的には、有機マトリックスは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、またはビスマレイミド（ＢＭＩ）樹脂などの熱硬化性樹脂よって、あるいはポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、またはフェニレンポリサルファイド（ＰＰＳ）樹脂などの熱可塑性樹脂によって形成され得る。具体的には、強化用繊維は、炭素繊維から成ることができるが、炭素繊維との組み合わせで、またはそれに対して代替案として他の繊維を使用することを考えることができる。強化用繊維は、一方向層の堆積で、交差繊維束の配置で組織化されることができ、かつ／または、それらは、二次元または三次元製織によって作られ得る。この第１の実施形態においては、外側被覆１１は、ノズルのスロート２ｂ上を含めて、内壁１０の輪郭に密着している。
【００２９】
冷却回路１２のチャネルは、推進チャンバ１の底部端に近い供給渦形室１４から推進チャンバ１の頂部端に近いインジェクタ（図示せず）まで推進剤を送り出すように配置される。示される実施形態においては、これらのチャネル１２は、内壁の材料に埋め込まれる。それにもかかわらず、内壁１０の外側表面に形成される溝から成るチャネルを考えることもできる。具体的には、こうした状況では、たとえば、ポリマー（４、４’−オキシジフェニレン・ピロメリットイミド）などの、極低温水素に対して実質的に漏れのないポリイミドの封止フィルムが、外側被覆を通る漏れを防止するように冷却回路１２のチャネルと外側被覆１１との間に挿入され得る。
【００３０】
各端部において、推進チャンバはまた、金属で作られ、内壁１０に固定される軸線方向エンドピース１７および１８を有する。各軸線方向エンドピース１７および１８は、内壁１０と一体化して形成されることができ、これは、たとえば溶接によって内壁１０に固締され得る。各軸線方向エンドピース１７および１８は、対応する軸線方向エンドピース１７および１８の外周の周りに全体的に延在する半径方向突出部１９および２０を提供する。それにもかかわらず、代替案として、各エンドピースは、対応する外周の周りに配置される複数の局所的な半径方向突出部を提供することもできる。
【００３１】
各半径方向突出部１９および２０は、外側被覆１１の内面の対応する凹部に受け入れられる。外部被覆を軸線方向エンドピース１７および１８ならびに内壁１０の上に固締するように、各対応する凹部に軸線方向に各半径方向突出部１９および２０を保持するために、強化用繊維のベルト２１、２２、２３、および２４は、各半径方向突出部１９および２０ならびに対応する凹部のどちら側にも軸線方向に、外側被覆１１の外面に位置している。これらのベルト２１〜２４を形成する強化用繊維は、外側被覆１１ならびに対応する軸線方向エンドピース１７および１８の周りに実質的に周状に配向される。それらは、軸線方向エンドピース１７および１８を、それらの熱膨張または熱収縮にかかわらず確実に保持するように、張力で予応力が加えられ得る。
【００３２】
図３Ａ〜図３Ｃは、この第１の実施形態の推進チャンバ２を製造する方法の３つのステップを示す線図である。図３Ａに示される第１のステップにおいては、コア２５は少なくとも内壁１０ならびに軸線方向エンドピース１７および１８によって形成され、および冷却回路１２を組み込んで設けられており、強化用繊維２７が、液体樹脂で含浸され、外側被覆１１を形成するようにコア２５の周りに配置される。示される方法においては、これは、フィラメントワインディングによって行われる。巻回中に、含浸繊維２７は、半径方向突出部１９および２０が受け入れられる凹部を形成するために軸線方向エンドピース１７および１８の半径方向突出部１９および２０の輪郭に密着している。繊維がこの実施例において設置され得るもう１つの可能な方法は、同じコア２５に編組することになる。図３Ｂに示される第２のステップにおいては、追加の強化用繊維２８が、半径方向突出部１９および２０に隣接するベルト２１および２４を形成するために、既に設置されているコア２５および繊維の周りに円周方向に巻き付けられる。このステップ中に、ベルト２１〜２４の追加の強化用繊維２８について張力でプレストレスを設定するように巻取張力を調整することができる。そのうえ、ベルト２１〜２４を形成する追加の強化用繊維２８は、初期の強化用繊維２７からの余剰樹脂がベルト２１〜２４を含浸すれば足り得るので、予備含浸される必要はない。それにもかかわらず、当業者によって選択されるように、追加の強化用繊維２８が予備含浸されることも可能である。最後に、図３Ｃに示される第３のステップにおいては、樹脂が硬化される。示される方法においては、樹脂は、熱硬化性樹脂である。したがって、この第３のステップにおいては、硬化は、炉またはオートクレーブで焼成することによって行われる。それにもかかわらず、代替案として熱可塑性樹脂を用いることを考えることができ、それは、加熱されると液体になり、次いで冷却中に硬化する。
【００３３】
図４は、推進チャンバ２の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態においては、外側被覆１１は、スロート２ｂの周りに実質的に円筒形であり、それによって、内壁１０の下部セグメント１０ｂと外側被覆１１との間に大きな容積が残される。この容積を充満するために、少なくとも一部は、環状部１３が、内壁１０と外側被覆１１との間に挿入される。この環状部１３は、主としてポリマー材料、たとえばポリイミドから、または固形体もしくは多孔質であってもよい金属材料から作られることができ、これは、単一体であってもよく、または、複数の要素、たとえば任意選択的に一緒に結合され得る２つのハーフシェルを一緒に組み立てる結果であってもよい。第１の実施形態の説明において代替案として上で述べたように、チャネル１２は、たとえばポリマー（４、４’−オキシジフェニレン・ピロメリットイミド）などの、極低温水素に対して実質的に漏れのないポリイミドで作られ、外側被覆を通る漏れを防止するように冷却回路１２のチャネルと外側被覆１１との間に挿入される封止フィルムと共に内壁１０の外側表面に形成される溝から成る。より詳細には、この第２の実施形態においては、封止フィルム１６は、環状部１３と外側被覆１１との間に挿入される。この第２の実施形態の推進チャンバ２の残りの部分は、第１の実施形態のそれに類似しており、等価要素には、図面で同じ参照符号が与えられる。
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｅは、この第２の実施形態の推進チャンバ２が製造できるようになる方法の５つのステップを示す線図である。図５Ａに示される第１のステップにおいては、環状部１３を形成する２つのハーフシェル１３ａおよび１３ｂが、内壁１０の下部セグメント１０ｂの狭窄部の周りに少なくとも内壁１０および冷却回路１２とともに組立てられる。図５Ｂに示される第２のステップにおいては、封止フィルム１６は、このアセンブリの周りに設置され、軸線方向エンドピース１７および１８は、コア２５を形成するために封止フィルム１６によって覆われる環状部１３と共に内壁１０によって形成されるアセンブリに嵌合される。図５Ｃに示され、第１の実施形態に示される方法のそれに類似している第３のステップにおいては、強化用繊維２７は、液体樹脂で含浸され、外側被覆１１を形成するように封止フィルム１６によって部分的に覆われるコア２５の周りに設置される。第１の実施形態に関する限りでは、これは、フィラメントワインディングによって、またはあるいは編組によって行われ得る。それらが設置されている間に、含浸繊維２７は、これらの半径方向突出部１９および２０が受け入れられる凹部を形成するように軸線方向エンドピース１７および１８の半径方向突出部１９および２０の輪郭に合致する。図５Ｄに示される第４のステップにおいては、追加の強化用繊維２８は、半径方向突出部１９および２０に隣接するベルト２１〜２４を形成するために既に設置されているコア２５および繊維の周りに円周方向に巻き付けられる。このステップ中に、ベルト２１〜２４の追加の強化用繊維２８に引張りプレストレスを設定するように巻取張力を調整することもできる。そのうえ、かつ第１の実施形態に関する限りでは、ベルト２１〜２４を形成する追加の強化用繊維２８は、初期の強化用繊維２７からの余剰樹脂がベルト２１〜２４を含浸するのに十分であり得るので、予備含浸される必要はない。それにもかかわらず、これらの追加の強化用繊維２８はまた、当業者によって選択されるように、予備含浸されることもできる。最後に、図５Ｅに示される第５のステップにおいては、樹脂は、外側被覆１１を硬化するように、硬化される。示される方法においては、樹脂は、熱硬化性樹脂である。したがって、この第４のステップにおいては、硬化は、炉またはオートクレーブで焼成することによって行われる。それにもかかわらず、代替案として、高温の場合には液体になり、冷却すると硬化する熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００３５】
それにもかかわらず、外側被覆１１の円筒形状により、図６Ａ〜図６Ｆに示されるように他の方法を用いて推進チャンバ２を製造することもでき、その場合、外側被覆１１が、初めに形成され焼成され、その後、冷却回路１２および環状部１３と共に内壁１０が、外側被覆１１の内側に挿入される。図６Ａに示されるこの他の方法の第１のステップにおいては、強化用繊維２７は、液体樹脂で含浸され、外側被覆１１を形成するように部分的に分離可能なコア２５’の周りに設置される。第１の実施形態の場合のように、これは、フィラメントワインディングによって行われ得る。部分的に分離可能なコア２５’は、２つの半径方向エンドピース１７と１８との間に抽出器本体２６を備える。前述の方法の場合のように、これらの強化用繊維が設置されている間に、含浸繊維２７は、半径方向突出部１９および２０が受け入れられる凹部を形成するように軸線方向エンドピース１７および１８の半径方向突出部１９および２０の輪郭の上に密着する。図６Ｂに示される第２のステップ中に、追加の強化用繊維２８は、半径方向突出部１９および２０に隣接するベルト２１〜２４を形成するように既に配置済みのコア２５’および繊維２７の周りに円周方向に巻き付けられる。このステップ中に、ベルト２１〜２４の追加の強化用繊維２８に引張りプレストレスを設定するように巻取張力を調整することもできる。そのうえ、第１の実施形態の場合のように、ベルト２１〜２４を形成する追加の強化用繊維２８は、第１の強化用繊維２７の余剰樹脂がベルト２１〜２４を含浸するのに十分であり得るので、予備含浸される必要はない。それにもかかわらず、これらの追加の強化用繊維２８はまた、当業者によって選択されるように、予備含浸されることもできる。その後に、図６Ｃに示される第３のステップにおいては、樹脂は、外側被覆１１を硬化するように、硬化される。示される方法においては、樹脂は、熱硬化性樹脂である。したがって、この第３のステップにおいては、硬化は、炉またはオートクレーブで焼成することによって行われる。それにもかかわらず、この方法においては、代替案として、高温の場合には液体になり、冷却すると硬化する熱可塑性樹脂を使用することを考えることもできる。この硬化の後に、図６Ｄに示される第４のステップにおいては、着脱自在のコア２５’が、外側被覆１１の内側からその本体２６を取り出すことによって取り外される。しかしながら、軸線方向エンドピース１７および１８は、外側被覆１１の内側表面で相補的凹部に嵌合されているそれらの半径方向突出部１９および２０の結果として外側被覆１１の２つの端部に固締されたままである。その後に、たとえば接着剤を用いて外側被覆１１の内側表面に封止フィルム１６を多分取り付けた後に、冷却回路１２および環状部１３と共に内壁１０が、着脱自在のコア２５’の本体２６に代わって、かつ図６Ｆに示される位置で対応する軸線方向エンドピース１７および１８のその２つの軸線方向端部に固締されるように、図６Ｅに示される第５のステップで外側被覆１１の内側に挿入される。この固締は、たとえば、溶接によって行われ得る。
【００３６】
製造方法の上記の実施の各々において、外側被覆の強化用繊維２７はコアの周りに既に樹脂含浸された繊維のフィラメントワインディングによって設置されるが、繊維がフィラメントワインディングによる以外に設置され、かつ／またはその後に乾燥し含浸されるように設置される他の方法を考えることもできる。１つのこの種の他の製造方法が、図７Ａ〜図７Ｇに示されている。
【００３７】
図７Ａに概略的に示される第１のステップにおいては、乾燥強化用繊維２７が、部分的に分離可能なコア２５’の上に設置される。これらの繊維２７は、１つまたは複数の重ね合わされた層でコア２５’の周りに２次元または３次元的に編組される。その後に、図７Ｂに示される第２のステップにおいては、追加の強化用繊維が、半径方向突出部１９および２０に隣接するベルト２１〜２４を形成するために、既に設置されているコア２５’および繊維の周りに円周方向に巻き付けられる。このステップ中に、ベルト２１〜２４の強化用繊維に引張りプレストレスを設定するように巻取張力を調整することもできる。
【００３８】
強化用繊維を樹脂で含浸するために、次いで、これらの繊維によって覆われるコア２５’は、図７Ｃに示されるように、熱硬化性樹脂が圧力下でかつ多分高温の間に注入される成形金型５０に挿入される。また、金型は注入より前に加熱されることもできる。図７Ｄに示される次のステップにおいては、金型５０が依然として閉鎖されている間に、アセンブリは、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）方法によって、樹脂を硬化しそれによって外側被覆１１の有機マトリックスを形成するために加熱される。それにもかかわらず、代替案として、低粘度熱可塑性樹脂が、高温の間に金型５０に類似の方法で注入され、次いでこれを硬化するために冷却されることもできる。
【００３９】
樹脂が硬化した後に、外側被覆１１と共にコア２５’は、金型５０から取り出され、その後に、前述の方法の図６Ｄ〜図６Ｆに示されるステップに類似している図７Ｅ〜図７Ｇに示されるステップを受けることができる。したがって、着脱自在のコア２５’は、外側被覆１１の内側表面で相補的凹部に嵌合されているそれらの半径方向突出部１９および２０の結果として、軸線方向エンドピース１７および１８を外側被覆１１の２つの端部に固締しておきながら外側被覆１１の内側からその本体２６を取り出すことによって、図７Ｅに示されるように取り外される。その後に、たとえば接着剤を用いて外側被覆１１の内側表面に封止フィルム１６を多分取り付けた後に、冷却回路１２および環状部１３と共に内壁１０が、着脱自在のコア２５’の本体２６の置き換えとして、図７Ｆに示されるように外側被覆１１の内側に挿入され、図７Ｇに示される位置で対応する軸線方向エンドピース１７および１８のその２つの軸線方向端部に固締される。
【００４０】
最後に、図８Ａおよび図８Ｂは、第３の実施形態を示しており、それは、第２の実施形態の推進チャンバの変形であり、その場合、環状部１３から直接に、内壁１０を介して通過することなく、スロート２ｂに燃焼ガスによって加えられる端効果と関連する主として軸線方向の力を外側被覆１１に伝達するために、クリート３０およびペグ３１から成る少なくとも１つの接続装置が、環状部１３と外側被覆１１との間に配置される。クリート３０は、環状部１３からクリート３０に実質的に軸線方向の力を伝達するように環状部１３の外側表面の伝達スロット３２に受け入れられる。環状部１３が示された実施形態の場合のように２つのハーフシェル１３ａおよび１３ｂによって構成される場合は、各ノッチ３２は、両方のハーフシェル１３ａおよび１３ｂからクリート３０に軸線方向力を伝達するように２つの隣接するハーフシェル１３ａおよび１３ｂの上に延在することができる。ピン３１の１つの端部は、クリート３０と外側被覆１１との間の機械的接続を確立するために外側被覆１１のオリフィス３３を通してクリート３０に受け入れられ得る。ピン３１は、たとえば、ナットおよびボルト型の剥離可能な接続を介してクリート３０に固定され得る。例示として、外側被覆１１のオリフィス３３は、外側被覆１１の成形中に、または外側被覆１１の有機マトリックスを形成する液体樹脂を硬化した後に機械加工によって作られ得る。このオリフィス３３の端縁は、たとえば強化用繊維の追加層で強化され得る。この実施形態においては、ペグ３１によって貫通されているフィルム１６を回避するために、フィルム１６は、内壁１０とハーフシェル１３ａおよび１３ｂとの間に位置している。この第３の実施形態の推進チャンバ１の残る要素は、第２の実施形態について説明したものと同等のままである。
【００４１】
本発明は、特定の実施形態を参照して説明されているが、さまざまな改造および変更が、特許請求の範囲によって定義されるように本発明の一般領域の範囲を超えることなくこれらの実施形態に対して行われ得る。加えて、説明されたさまざまな実施形態の個々の特徴は、追加の実施形態に組み合わされ得る。特に、第２の実施形態について説明されたさまざまな他の製造方法は、任意選択的に、他の説明された実施形態のいずれかに従って推進チャンバを製造するのに適応し得る。したがって、説明および図面は、限定的ではなく例示的な意味で考慮されるべきである。
【符号の説明】
【００４２】
１  液体推進剤ロケットエンジン
２  推進チャンバ
２ａ  燃焼室
２ｂ  スロート
３  発散部分
４  第１のターボポンプ
５  第２のターボポンプ
６  ガス発生器
１０  内壁
１０ａ  上部セグメント
１０ｂ  下部セグメント
１１  外側被覆
１２  冷却回路
１３  環状部
１３ａ、１３ｂ  ハーフシェル
１４  供給渦形室
１６  封止フィルム
１７、１８  軸線方向エンドピース
１９、２０  半径方向突出部
２１、２２、２３、２４  ベルト
２５、２５’  コア
２６  本体
２７  強化用繊維
２８  追加の強化用繊維
３０  クリート
３１  ペグ、ピン
３２  ノッチ、伝達スロット
３３  オリフィス
５０  金型
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【外国語明細書】
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