CN104406763B - 喷管喉道段水冷结构 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的喷管喉道段水冷结构包括喷管内壁、外壳体、冷却水进水集水环、冷却水出水集水环、小支架、夹块和挡圈，夹块包裹在喷管内壁上，喷管内壁与夹块之间形成有冷却水通道，喷管内壁的沿气流方向的后端与外壳体通过挡圈连接，冷却水进水集水环与冷却水出水集水环均为环绕外壳体的圆环形，分别配置在外壳体的沿气流方向的前端和后端外侧的圆周上，冷却水进水集水环通过其上周向均布的进水管连接外壳体，冷却水出水集水环通过其上周向均布的出水管连接所述外壳体，冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均通过各自下方配置的小支架与地基连接。本发明冷却效果良好，满足高超声速低密度风洞吹风试验要求，并且结构简单，拆装方便，节约成本。

Description

喷管喉道段水冷结构

技术领域

本发明涉及高超声速低密度风洞领域，尤其涉及一种高超声速低密度风洞的喷管喉道段水冷结构。

背景技术

低密度风洞实质上是一座高超声速风洞，它具有吹吸式风洞的全部特点，是研究稀薄气体气动特性的重要试验设备。

喷管是将气流加速到所需速度并在试验段中产生均匀流动的重要部件，对高超声速风洞设计，关系非常重大。高超声速低密度风洞加热器加热温度很高，可以达到1400K以上，因此喷管喉道处热流密度很大，喷管喉道段必须用冷却水冷却。

国内目前只有一座高超声速低密度风洞，它的喷管为水冷喷管，它的冷却水道开在半圆形垫块内型面上，半圆形垫块需要先整体加工为圆形垫块，再用线切割一剖为二，在圆形垫块内型面上加工纵向水槽，工艺复杂，加工困难，费用高，并且不能提高喷管内壁面的结构强度。喷管的若干根冷却水进、出水管通过管接头与外壳体法兰上进、出水口连接，由于法兰上进、出水口较多，连接若干根进、出水管，使设备布置显得很凌乱，并且当需要更换喉道段时，每一个进、出水口管接头都要反复装卸，费工费力，管接头反复的拆装容易造成漏水。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高超声速低密度风洞喷管喉道段水冷结构，解决了高超声速低密度风洞喷管喉道段的冷却问题，满足高超声速低密度风洞吹风试验要求。

本发明提供的喷管喉道段水冷结构包括喷管内壁、外壳体、冷却水进水集水环、冷却水出水集水环、小支架、夹块和挡圈，所述夹块包裹在所述喷管内壁上，所述喷管内壁与所述夹块之间形成有冷却水通道，所述喷管内壁的沿气流方向的后端与所述外壳体通过挡圈连接，所述冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均为环绕外壳体的圆环形，并分别配置在所述外壳体的沿气流方向的前端和后端外侧的圆周上，所述冷却水进水集水环通过其上周向均布的进水管连接所述外壳体，所述冷却水出水集水环通过其上周向均布的出水管连接所述外壳体，所述冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均通过各自下方配置的小支架与地基连接。

优选所述喷管内壁的外表面沿轴向开设有纵向槽，构成所述冷却水通道，所述冷却水通道截面呈矩形，该矩形的面积先随着喷管型面的收缩而变小，再随着喷管型面的扩张而变大。

优选所述冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均由φ94×10的管道弯制而成，所述冷却水进水集水环上周向均布的进水管和所述冷却水出水集水环上周向均布的出水管均为φ42×4的小管道，每个所述小管道均与所述外壳体的法兰上所配置的进水口或出水口焊接，所述冷却水进水集水环的外侧对称配置两个总进水口，所述冷却水出水集水环的外侧对称配置有两个总出水口，所述总进水口和所述总出水口均通过法兰与总进水管或总出水管连接。

优选所述夹块为两个配合所述喷管内壁和所述外壳体的形状的半圆形体，所述夹块的内表面为型面曲线，外表面为圆柱面。

优选所述喷管内壁的最大线性膨胀量小于2.7mm。

优选所述喷管内壁采用铍青铜制成。

优选所述喷管喉道段最大外径不超过200mm，长度不超过400mm。。

本发明的喷管喉道段水冷结构，通过在冷却水通道外表面开设截面变化的冷却水通道，解决了在半圆形垫块内型面开冷却水道的工艺难题，并且冷却水道之间形成肋，增强了喷管内壁的结构强度。本发明冷却水采用集水环的进、出水方式，将若干根进、出水软管整合为一个总的集水环，再通过小管道分配给外壳体法兰上的进、出水口，集水环的两侧设置两个总的进、出水口，当需要更换喉道段时，只要把总进、出水口的法兰松开，就可将喉道段整体更换，而不需要拆装多个管接头，从而避免管接头漏水。该设计为模块式结构，方便喷管喉道段的更换和维修，结构合理简单，并且设备布置整齐美观。利用集水环下方设置小支架，方便喉道段的支撑和放置。利用本发明，对喷管喉道段经过进行水冷后，喉道处最高温度为613K，冷却效果良好，满足高超声速低密度风洞吹风试验要求。本发明通过简单、合理的机械结构实现对高超声速低密度风洞喉道段的冷却，在实际应用中，低密度喷管的冷却效果良好。本发明节约加工经费，方便设备的安装、调试、维修。

附图说明

图1为喷管喉道段水冷结构的立体图；

图2为喷管喉道段水冷结构的示意图；

图3为喷管喉道段水冷结构的喷管内壁的立体图。

具体实施方式

如图1、2所示，高超声速低密度风洞的喷管喉道段水冷结构包括喷管内壁1、外壳体2、冷却水进水集水环3、冷却水出水集水环4、小支架5、夹块6、及挡圈7组成。喷管内壁1外表面沿轴向开纵向槽，构成冷却水通道；夹块6为两个配合喷管内壁1和外壳体2的形状的半圆形体，夹块6的内表面为型面曲线，外表面为圆柱面，两个夹块6组合安装在喷管喉道段；喷管内壁1的沿气流方向的后端与外壳体2通过挡圈7固定，另一端在高温下可适当伸展，喷管内壁1的最大线性膨胀量小于2.7mm；冷却水进、出水分别通过两个集水环3、4供给，集水环3、4为环绕外壳体2的圆环形，集水环3、4内侧均布若干根小管道与外壳体2法兰上的进、出水口焊接，集水环3、4外侧对称配置两个总进水口或出水口，通过法兰与总进水管或出水管连接；两个集水环3、4下各焊接一个小支架5，对喷管喉道段起到支撑的作用，支架5固定在地基上。

如图3所示，喷管内壁1为满足高温要求，材料选用铍青铜，该零件外表面沿轴向开纵向槽，构成冷却水通道，其它部件材料选用0Cr18Ni9冷却水通道截面的截面是变化的矩形，随着喷管型面的扩张而变大，随着型面的收缩而变小，这是因为在流量一定的情况下，流速与流通面积成反比，这样可以保证喷管喉道段型面直径最小处即喉道处，拥有最快的冷却水流速，有最佳的冷却效果，喉道处是喷管受热最集中的部位，温度最高。除喷管内壁1外的其它部件的材料选用0Cr18Ni9。喷管喉道段的最大外径不超过200mm，长度不超过400mm。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种喷管喉道段水冷结构，其特征在于：包括喷管内壁、外壳体、冷却水进水集水环、冷却水出水集水环、小支架、夹块和挡圈，所述夹块包裹在所述喷管内壁上，所述喷管内壁与所述夹块之间形成有冷却水通道，所述喷管内壁的沿气流方向的后端与所述外壳体通过挡圈连接，所述冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均为环绕外壳体的圆环形，并分别配置在所述外壳体的沿气流方向的前端和后端外侧的圆周上，所述冷却水进水集水环通过其上周向均布的进水管连接所述外壳体，所述冷却水出水集水环通过其上周向均布的出水管连接所述外壳体，所述冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均通过各自下方配置的小支架与地基连接。

2.按照权利要求1所述的喷管喉道段水冷结构，其特征在于：所述喷管内壁的外表面沿轴向开设有纵向槽，构成所述冷却水通道，所述冷却水通道截面呈矩形，该矩形的面积先随着喷管型面的收缩而变小，再随着喷管型面的扩张而变大。

3.按照权利要求1所述的喷管喉道段水冷结构，其特征在于：所述冷却水进水集水环与所述冷却水出水集水环均由φ94×10的管道弯制而成，所述冷却水进水集水环上周向均布的进水管和所述冷却水出水集水环上周向均布的出水管均为φ42×4的小管道，每个所述小管道均与所述外壳体的法兰上所配置的进水口或出水口焊接，所述冷却水进水集水环的外侧对称配置两个总进水口，所述冷却水出水集水环的外侧对称配置有两个总出水口，所述总进水口和所述总出水口均通过法兰与总进水管或总出水管连接。

4.按照权利要求1所述的喷管喉道段水冷结构，其特征在于：所述夹块为两个配合所述喷管内壁和所述外壳体的形状的半圆形体，所述夹块的内表面为型面曲线，外表面为圆柱面。

5.按照权利要求1所述的喷管喉道段水冷结构，其特征在于：所述喷管内壁的最大线性膨胀量小于2.7mm。

6.按照权利要求1～5中任一项所述的喷管喉道段水冷结构，其特征在于：所述喷管内壁采用铍青铜制成。

7.按照权利要求1～5中任一项所述的喷管喉道段水冷结构，其特征在于：所述喷管喉道段最大外径不超过200mm，长度不超过400mm。