CN104832948A - 一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，包括：端盖，其内部设有进油容纳腔及出油容纳腔，所述端盖的一侧设有进油孔、另一侧设有出油孔，所述进油孔与进油容纳腔连通，所述出油孔与出油容纳腔连通；设于端盖内的凹面腔，该凹面腔端部边缘与端盖端部边缘连接，中间部位与端盖通过固定螺栓连接，该凹面腔内部设有冷却通道，该冷却通道一端与进油容纳腔连通，另一端与出油容纳腔连通。本发明提供的冷却装置具有使凹面腔燃烧室冷却更加均匀、冷却效率更高、冷却燃油需求量更小的优点。
Description
【技术领域】
本发明属于发动机设备领域，涉及一种冷却装置，具体涉及一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置。
【背景技术】
脉冲爆震发动机(Pulse Detonation Engine，以下简称PDE)是一种利用间歇式或脉冲式爆震波产生极高的高温高压燃气来产生推力的发动机。PDE以其循环热效率高、耗油率低、结构简单、推重比高、工作范围宽广等的性能优势，被世界各航空大国公认为21世纪最具前途的航空动力装置之一。
近年来，在PDE技术研究中出现了一种新型的高效紧凑型燃烧室—凹面腔燃烧室。但是，凹面腔燃烧室在工作过程中由于PDE爆震燃烧的周期性热负荷，易引发凹面腔壁面热疲劳损伤，特别是在较高的工作频率和较长的工作时间下，脉动热冲击的影响更为突出，这将会严重影响到PDE工作的稳定性、可靠性和使用寿命。
目前，对PDE燃烧室进行冷却的方式为气膜冷却、冲击冷却等，但是这些冷却方式会占用PDE的空气流量，使PDE推力下降，耗油率增高，从而影响其整体性能。同时，目前还未有见针对凹面腔燃烧室进行冷却的研究报道。
【发明内容】
针对上述问题，本发明提供一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，用以解决现有技术中的冷却方式导致PDE耗油率高、推力下降而影响其性能的问题，开辟了用于凹面腔燃烧室冷却的新途径。
本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，包括：
端盖，其内部设有进油容纳腔及出油容纳腔，所述端盖的一侧设有进油孔、另一侧设有出油孔，所述进油孔与进油容纳腔连通，所述出油孔与出油容纳腔连通；
设于端盖内的凹面腔，该凹面腔端部边缘与端盖端部边缘连接，中间部位与端盖通过固定螺栓连接，该凹面腔内部设有冷却通道，该冷却通道一端与进油容纳腔连通，另一端与出油容纳腔连通。
特别的，所述凹面腔截面为弧形。
特别的，所述冷却通道包括：于凹面腔中间部位轴向设置的入口，其与进油容纳腔相连通；沿凹面腔周向依次设置的若干环形流道，相邻的两个环形流道通过沿凹面腔轴向设置的通道相连通，所述每个环形流道两侧通道的轴向夹角为θ；两个出口，其一端与冷却通道连通，另一端与出油容纳腔相连通；所述入口通过通道与环形流道相连通。
特别的，所述相邻的两个环形流道通过沿凹面腔轴向设置的两个对称的通道相连通，所述每个环形流道两侧通道的轴向夹角θ为90°。
特别的，还包括：与凹面腔外壁相贴合的衬套，该衬套上设有与出口相对应的通孔，该通孔与出油容纳腔连通。
特别的，还包括：设于进油容纳腔与出油容纳腔之间的支撑板，该支撑板的一端与端盖内壁连接，另一端与衬套相连接。
特别的，所述环形流道的宽度为d，所述相邻环形流道之间的壁厚为D，D与d的之间的比值为1～2。
特别的，所述衬套的材质为石墨。
特别的，所述凹面腔的截面为半球形或半椭球形。
相较于现有技术，本发明提供一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，通过进油容纳腔、凹面腔、出油容纳腔的设置，尤其是凹面腔中冷却通道的设置，增加了冷却面积，使凹面腔燃烧室具有冷却更加均匀、冷却效率更高、冷却燃油需求量更小的优点；采用该冷却装置冷却燃油的过程中，使得燃油的温度提高，从而改善了燃油的雾化、蒸发和掺混质量。
【附图说明】
图1为本发明一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置的结构示意图；
图2为本发明一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置中凹面腔的一侧视图；
图3为本发明一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置中凹面腔的另一侧视图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1-图3，本发明提供一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，包括：
端盖1，其内部设有进油容纳腔2及出油容纳腔3，所述端盖3的一侧设有进油孔4、另一侧设有出油孔5，所述进油孔4与进油容纳腔2连通，所述出油孔5与出油容纳腔3连通；
设于端盖3内的凹面腔6，该凹面腔6端部边缘与端盖3端部边缘连接，中间部位与端盖3通过固定螺栓连接，该凹面腔6内部设有冷却通道7，该冷却通道7一端与进油容纳腔2连通，另一端与出油容纳腔3连通。
特别的，为了保证冷却装置的冷却更加均匀，所述冷却通道7包括：于凹面腔6中间部位轴向设置的入口8，其与进油容纳腔2相连通；沿凹面腔6周向依次设置的若干环形流道9，所述环形流道9以入口8为中心沿凹面腔6逐级设置，且相邻的环形流道9通过沿凹面腔6轴向设置的通道11相连通，所述每个环形流道9两侧通道11的轴向夹角为θ；两个出口10，其一端与冷却通道7连通，另一端与出油容纳腔3相连通；所述入口8通过通道11与靠近入口8处环形流道9相连通，于本发明中，环形流道9的数量越多，冷却效率越高。
特别的，所述相邻的两个环形流道9通过沿凹面腔6轴向设置的两个对称的通道11相连通，所述每个环形流道9两侧通道11的轴向夹角θ为90°，如此设置，使得上一环形流道9经过通道11流入下一环形通道11的时间相同，从而使凹面腔6的冷却更加均匀，进一步提高了冷却装置的冷却效果。
特别的，还包括：与凹面腔6外壁相贴合的衬套12，该衬套12上设有与出口10相对应的通孔14；通过衬套12的设置，将端盖1与凹面腔6隔开，所述衬套12的材质为石墨，避免了PDE工作时，将其中的温度传递给端盖1而影响PDE的工作。
特别的，还包括：设于进油容纳腔2与出油容纳腔3之间的支撑板13，该支撑板13的一端与端盖3内壁连接，另一端与衬套12相连接；通过支撑板13的设置，对凹面腔6起到固定支撑的作用，同时保证其与端盖1的同心度，使凹面腔6对燃油的冷却更加均匀，提高了冷却装置的工作效率。
特别的，所述环形流道9的宽度为d，所述相邻环形流道9之间的壁厚为D，D与d的之间的比值会影响凹面腔6的冷却效果，当比值小于1时，凹面腔6的结构强度不够，会影响凹面腔6的使用寿命；当比值大于2时，冷却效果不好。本发明中D与d的比值选用1～2，在保证凹面腔6使用寿命的同时使冷却效果达到最优，比值在1～2之间时，越靠近比值1在保证凹面腔6使用寿命的同时，使凹面腔6的冷却效果越好，比值越靠近2在保证冷却效果的同时，凹面腔的使用寿命越高。
本发明提供的凹面腔为球形或椭球形的一部分，如：半球形或四分之一球形或半椭球形或四分之一椭球形等。
工作原理：
于本发明中，通入冷却装置的冷却剂是燃油。其冷却基本原理是：当燃油在该冷却装置中快速流动时，一方面，燃油的比热容大，传热效率高，能快速带走高温壁面的热量；另一方面，该冷却装置的换热面积较大，这使得燃油与高温壁面能充分交换热量，从而达到较好的冷却效果。同时，这个过程可以提高燃油的温度，改善了燃油的雾化、蒸发和掺混质量，提高了燃烧效率，从而将凹面腔的热量变废为宝。
工作过程：
于工作时，燃油沿进油孔4进入进油容纳腔5；之后沿凹面腔6的入口8进入第一组(每组两个)通道11，燃油流出通道11后被分成两股，之后沿第一个环形流道9周向流动；之后相反流向的燃油在下一组通道11处汇聚成一股流入下一个环形流道9，如此重复，直至燃油沿出口10流入出油容纳腔3；之后出油容纳腔3中的燃油沿出油孔5流出，如此循环直至工作结束，即完成PDE燃烧室的冷却。于图1-图3中，燃油在冷却装置中的流向如箭头所示。
需要说明的是，本发明提供的冷却装置中的指纹网状冷却结构，不仅适用于航空领域中PDE凹面腔燃烧室的冷却，同样适用于其他领域中任何需进行冷却的装置或设备或机构等。对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，包括:
端盖(1)，其内部设有进油容纳腔(2)及出油容纳腔(3)，所述端盖(3)的一侧设有进油孔(4)、另一侧设有出油孔(5)，所述进油孔(4)与进油容纳腔(2)连通，所述出油孔(5)与出油容纳腔(3)连通；
设于端盖(3)内的凹面腔(6)，该凹面腔(6)端部边缘与端盖(3)端部边缘连接，中间部位与端盖(3)通过固定螺栓连接，该凹面腔(6)内部设有冷却通道(7)，该冷却通道(7)一端与进油容纳腔(2)连通，另一端与出油容纳腔(3)连通。
2.根据权利要求1所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，所述凹面腔(6)的截面为弧形。
3.根据权利要求1所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，所述冷却通道(7)包括：
于凹面腔(6)中间部位轴向设置的入口(8)，其与进油容纳腔(2)相连通；
沿凹面腔(6)周向依次设置的若干环形流道(9)，相邻的两个环形流道(9)通过沿凹面腔(6)轴向设置的通道(11)相连通，所述每个环形流道(9)两侧通道(11)的轴向夹角为θ；
两个出口(10)，其一端与冷却通道(7)连通，另一端与出油容纳腔(3)相连通；
所述入口(8)通过通道(11)与环形流道(9)相连通。
4.根据权利要求3所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，所述相邻的两个环形流道(6)通过沿凹面腔(6)轴向设置的两个对称的通道(11)相连通，所述每个环形流道(9)两侧通道(11)的轴向夹角θ为90°。
5.根据权利要求1所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，还包括：与凹面腔(6)外壁相贴合的衬套(12)，该衬套(12) 上设有与出口(10)相对应的通孔(14)，该通孔(14)与出油容纳腔(3)连通。
6.根据权利要求5所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，还包括：设于进油容纳腔(2)与出油容纳腔(3)之间的支撑板(13)，该支撑板(13)的一端与端盖(3)内壁连接，另一端与衬套(10)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，所述环形流道(9)的宽度为d，所述相邻环形流道(9)之间的壁厚为D，D与d的之间的比值为1～2。
8.根据权利要求5所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，所述衬套(10)的材质为石墨。
9.根据权利要求2所述的一种凹面腔燃烧室用指纹网状冷却装置，其特征在于，所述凹面腔(6)的截面为半球形或半椭球形。
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| PB01 | Publication | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Xin Inventor after: Tan Sheng Inventor after: Cheng Li Inventor after: Zhu Xiaobin Inventor after: He Liming Inventor after: Wang Yuqian Inventor before: Chen Xin Inventor before: Tan Sheng Inventor before: Cheng Li Inventor before: Zhu Xiaobin Inventor before: He Liming Inventor before: Wang Yuqian |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150812 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |