CN105043155B - 一种锥筒型涡翅片 - Google Patents

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Abstract

一种锥筒型涡翅片，它包括矩形底座(1)梯形肋板(2)和锥筒型翼(3)三个部分；矩形底座(1)连接在散热设备壳体上，通过梯形肋板(2)支撑住锥筒型翼(3)，三部分由一块钣金加工而成，钣金厚度为t。本发明克服了现有技术中，通过增加换热面积提高壳体散热导致体积和重量大幅增加的传统换热方法的不足，提供了无需外部动力、通过诱导流经壳体层流空气为紊流、减小换热装置重量和体积的一种锥筒型涡翅片。

Description

一种锥筒型涡翅片
技术领域
本发明涉及一种锥筒型涡翅片，特别涉及一种应用于流经壳体空气为层流，对温度、重量和可靠性有严格要求的机载设备的换热翅片。属于航空机载设备可靠性技术领域。
背景技术
机载设备功率密度大、散热能力差的特点导致其油液温度过高，危及飞行安全，油温过高是亟待解决的问题。当流经机载设备的空气为层流时，由于传热过程中的大部分热阻都集中在空气侧，目前安装散热片扩大散热面积的方法导致设备体积和重量大幅增加，降低飞机性能。目前现有的散热翅片大多针对单侧气流，不适合在曲面上布置，为了提高对层流空气的诱导和可靠性，本发明提出不需要增加外部动力，通过布置锥筒型涡翅片诱导流经层流空气为紊流，主要通过提高对流换热系数而不是增加换热面积的方法来控制机载设备的温度。
发明内容
本发明克服了现有技术中，通过增加换热面积提高壳体散热导致体积和重量大幅增加的传统换热方法的不足，提供了无需外部动力、通过诱导流经壳体层流空气为紊流、减小换热装置重量和体积的一种锥筒型涡翅片。
本发明为一种锥筒型涡翅片，包括矩形底座1梯形肋板2和锥筒型翼3三部分。三部分间的关系是：矩形底座1连接在散热设备壳体上，通过梯形肋板2支撑住锥筒型翼3，三部分由一块钣金加工而成，钣金厚度为t。
所述的矩形底座1，是长度为L，宽度为d的矩形板料，可以根据使用条件加工为平面或曲面以贴合散热壳体表面。
所述的梯形肋板2，是下底边长为b1，上底边长为b2，高度为L的直角梯形板料。梯形肋板2分别与矩形底板1和锥筒型翼3相连接。
所述的锥筒型翼3，是其上设有多个圆孔的扇环形板料，其圆心角为α，大扇形半径为r1，小扇形半径为r2。弯曲后为圆心角为β(β约为300°)的圆筒，圆筒大头端半径为R1(R1略小于b1)，圆筒小头端半径为R2，圆筒长度为L，加工成型后如图2所示。扇环形结构的两边分别与梯形肋板连接。
其中，
1)矩形底座1为矩形结构件，通过梯形肋板2将锥筒型翼3固定在机载设备的壳体上，根据壳体表面形状及结构不同，可以平面，也可以是曲面，为了减轻锥筒型涡翅片重量，矩形底座1仅单侧布置；
2)梯形肋板2为直角梯形结构件，其直角边与矩形底座1垂直相连，其另一侧与锥筒型翼3相连并将锥筒型翼3支撑在矩形底座1上；
3)锥筒型翼3诱导层流空气变为紊流，其截面为圆心角300°左右的圆弧，截面尺寸沿气流方向逐渐缩小从而将层流空气诱导为紊流，翼片下侧垂直于壳体方向上开有若干小孔，小孔半径为r0，小孔数量为n，小孔使一部分气流垂直吹向散热面从而强化散热。锥筒型翼3结构尺寸需控制的数值，保证气流通过锥筒型翼3的阻力不会过大。
本发明的有益效果是：①本发明不同于传统通过安装换热片扩大换热面积方法来提高壳体换热量，而是通过锥筒型涡翅片诱导空气层流为紊流提高对流换热系数方法提高换热量；②锥筒型涡翅片可以在曲面布置，翼侧可以形成涡流，布置方便；③锥筒型涡翅片结构简单、制造方便，以较小成本大幅提高壳体换热效率；④锥筒型涡翅片无需外部动力，对体积、重量和可靠性有严格要求的机载设备来说具有理论意义和实用价值。
附图说明
图1为锥筒型涡翅片钣金展开图。
图2为锥筒型涡翅片的主视图。
图3为锥筒型涡翅片的右视图。
图4为锥筒型涡翅片的轴侧图。
图1中序号、代号说明如下：
1为矩形底座1，2为梯形肋板2，3为锥筒型翼3；
L为底座长度(同时也是肋板高度和锥筒型翼长度)，d为底座宽度。r1为小扇形半径，r2为大扇形半径，α为环扇形圆心角。b1为肋板上底边长，b2为肋板下底边长。
图2中序号、代号说明如下：
β为锥筒型翼截面圆弧圆心角；R1为圆筒大头端半径，R2为圆筒小头端半径。
图4中序号、代号说明如下：
1为矩形底座1，2为梯形肋板2，3为锥筒型翼3。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作具体说明。
本发明实施例的结构如图1和图2、图3、图4所示。它包括矩形底座1梯形肋板2和锥筒型翼3三个部分，三部分间的关系是：矩形底座1粘接或焊接在散热设备壳体上，通过梯形肋板2支撑住锥筒型翼3，三部分由一块钣金加工而成，钣金厚度为t。
锥筒型翼单侧分布，由矩形底座1、梯形肋板2和锥筒型翼3组成，梯形肋板2为直角梯形结构件，其底边与矩形底座1垂直相连，其单侧与锥筒型翼3的相连并将锥筒型翼3支撑在矩形底座1上。锥筒型翼3为前后圆弧半径分别为R1，R2的圆弧状连接件，底部开有若干小孔，将层流空气诱导为紊流，并将一部分空气引导垂直吹向壳体强化散热。
矩形底座1为矩形结构件，仅起到通过梯形肋板2固定锥筒型翼3的作用，为了减轻该翅片质量，在保证结构安装稳定的情况下尽可能减小矩形底座1的尺寸和重量，而且可以加工成曲面有利于其在曲面布置。层流空气从前侧流经锥筒型涡翅片时，在梯形肋板2和锥筒型翼3的诱导下形成涡流，将壳体外层流空气间的传导换热转换为对流换热，提高对流换热系数，且一部分气流通过底部小孔垂直吹向壳体强化散热。在锥筒型涡翅片安装时，沿气流流动方向，大圆弧端在前，小圆弧端在后。
本发明在强化传热的场协同理论指导下对于锥筒型涡翅片结构进行优化，使其诱导层流空气为紊流提高壳体热耗散率，而且无需外部动力，结构简单、制造方便，对重量和可靠性有严格要求的机载设备来说具有重大理论意义和工程应用价值。

Claims (4)

1.一种锥筒型涡翅片，其特征在于：它包括矩形底座(1)、梯形肋板(2)和锥筒型翼(3)三部分；矩形底座(1)连接在散热设备壳体上，通过梯形肋板(2)支撑住锥筒型翼(3)，三部分由一块钣金加工而成，钣金厚度为t；
所述的矩形底座(1)，是长度为L，宽度为d的矩形板料，根据使用条件加工为平面或曲面以贴合散热壳体表面；
所述的梯形肋板(2)，是下底边长为b1，上底边长为b2，高度为L的直角梯形板料；梯形肋板(2)分别与矩形底座(1)和锥筒型翼(3)相连接；
所述的锥筒型翼(3)，是其上设有多个圆孔的扇环形板料，其圆心角为α，大扇形半径为r1，小扇形半径为r2；弯曲后为圆心角为β的圆筒，圆筒大头端半径为R1，圆筒小头端半径为R2，圆筒长度为L，扇环形结构的两边分别与梯形肋板连接。
2.根据权利要求1所述的一种锥筒型涡翅片，其特征在于：矩形底座(1)为矩形结构件，通过梯形肋板(2)将锥筒型翼(3)固定在机载设备的壳体上，根据壳体表面形状及结构不同，矩形底座是平面，也能是曲面，为了减轻锥筒型涡翅片重量，矩形底座(1)仅单侧布置。
3.根据权利要求1所述的一种锥筒型涡翅片，其特征在于：梯形肋板(2)为直角梯形结构件，其直角边与矩形底座(1)垂直相连，其另一侧与锥筒型翼(3)相连并将锥筒型翼(3)支撑在矩形底座(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种锥筒型涡翅片，其特征在于：锥筒型翼(3)诱导层流空气变为紊流，其横向截面为圆心角300°的圆弧，截面尺寸沿气流方向逐渐缩小从而将层流空气诱导为紊流，翼片下侧垂直于壳体方向上开有复数个小孔，小孔半径为r0，小孔数量为n，小孔使一部分气流垂直吹向散热面从而强化散热；锥筒型翼(3)结构尺寸需控制的数值，保证气流通过锥筒型翼(3)的阻力不会过大。
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