CN106286007A - 一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构 - Google Patents

一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构 Download PDF

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    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K1/00—Plants characterised by the form or arrangement of the jet pipe or nozzle; Jet pipes or nozzles peculiar thereto
    • F02K1/78—Other construction of jet pipes

Abstract

本发明公开了一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，属于燃烧室再生冷却技术领域，它包括：环腔前板、整流板及圆筒；所述环腔前板和整流板均为圆锥筒状结构；其中，整流板上均匀分布有沿其周向的两圈以上的通孔；整流板的大直径端固定在尾喷管的大直径端，且整流板与引气装置的出气口相对；环腔前板的大直径端固定在燃烧室壳体上，环腔前板的小直径端固定有同轴的圆筒，且环腔前板的壁面与整流板的壁面垂直；圆筒与整流板相对，圆筒与尾喷管的内壁面留有间隙；整流板、环腔前板、圆筒及尾喷管端面合围形成的空腔为集气环腔。本发明能够更好的将从发动机的两侧进气道进来的两股冷却气进行整流，使其环向均匀分布。

Description

一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构
技术领域
本发明属于燃烧室再生冷却技术领域，具体涉及一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构。
背景技术
亚燃冲压发动机燃烧室再生冷却技术的应用，使得尾喷管主动热防护方案有了较大改变。再生冷却是一种对流冷却，它利用液体燃料在燃烧室壁内的冷却通道中流动吸热从而把燃烧室壁面的温度降低至材料的允许温度。同时，燃料流动过程中得到预热，使废弃的热量得到充分利用。但是这种改变给尾喷管的冷却带来了影响，尾喷管因为没有了冷却气来源，只能从进气道取气。冷却气流从取气管流出后直接流过导流片来冷却壁面，从数值仿真结果看存在气流分布集中现象。冷却气整流不均匀，调节组件将存在较大的温度梯度，部分区域发生蠕变、热屈曲等破坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，能够更好的将从发动机的两侧进气道进来的两股冷却气进行整流，使其环向均匀分布。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，包括：环腔前板、整流板及圆筒；
所述环腔前板和整流板均为圆锥筒状结构；其中，整流板上均匀分布有沿其周向的两圈以上的通孔；
整流板的大直径端固定在尾喷管的大直径端，且整流板与引气装置的出气口相对；环腔前板的大直径端固定在燃烧室壳体上，环腔前板的小直径端固定有同轴的圆筒，且环腔前板的壁面与整流板的壁面垂直；圆筒与整流板相对，圆筒与尾喷管的内壁面留有间隙；整流板、环腔前板、圆筒及尾喷管端面合围形成的空腔为集气环腔。
进一步的，所述整流板上的通孔为三圈。
进一步的，所述整流板上的通孔直径为2～5mm。
进一步的，所述整流板的堵塞比为0.2～0.4。
有益效果：本发明通过在尾喷管前端的整流环腔中对冷却气进行整流，把冷却气的气流变为环向均匀气流，来冷却尾喷管，结构简单，易加工，整流效果好，有效的解决了冷却气的环向分布不均匀的问题，温度均匀分布，提高了尾喷管的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构组成图。
图2为整流板的结构图。
图3为现有结构对尾喷管进行冷却的温度分布图。
图4为现有结构对尾喷管进行冷却的流线分布图。
图5为本发明结构对尾喷管进行冷却的温度分布图。
图6为本发明结构对尾喷管进行冷却的流线分布图。
图7为本发明结构对尾喷管进行冷却时的尾喷管入口处的温度周向分布图。
图8为本发明结构对尾喷管进行冷却时的尾喷管收敛段温度最高处的温度周向分布图。
图9为本发明结构对尾喷管进行冷却时的尾喷管喉道处的温度周向分布图。
图10为本发明结构对尾喷管进行冷却时的尾喷管扩张段温度最高处的温度周向分布图。
其中，1-取气安装法兰，2-环腔前板，3-整流板，4-连接法兰，5-圆筒，6-尾喷管。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，参见附图1，包括：环腔前板2、整流板3及圆筒5；
外围结构包括：圆锥状的尾喷管6、用于取冷却气的引气装置及燃烧室壳体；所述尾喷管6通过连接法兰4与燃烧室壳体对接；所述引气装置通过取气安装法兰1安装在尾喷管6与燃烧室壳体的对接处；其中，尾喷管6的内壁面为待冷却壁面；
所述环腔前板2和整流板3均为圆锥筒状结构；其中，整流板3上均匀分布有沿其周向的三圈通孔，参见附图2，每个通孔直径为4mm，每圈通孔为120个，堵塞比为0.27；由于通孔直径较小，便于冷却气环向流动，从而达到冷却气环向均匀的目的；
所述圆筒5外圆周面的一端加工有圆锥面；
整体连接关系如下：整流板3的大直径端固定在尾喷管6的大直径端，且整流板3与引气装置的出气口相对；环腔前板2的大直径端固定在燃烧室壳体上，环腔前板2的小直径端固定有同轴的圆筒5，且环腔前板2的壁面与整流板3的壁面垂直；圆筒5与整流板3相对，圆筒5设有圆锥面的一端与尾喷管6的内壁面留有间隙，且圆筒5的圆锥面与尾喷管6的内壁面平行；整流板3、环腔前板2、圆筒5及尾喷管6端面合围形成的空腔为集气环腔；
其中，环腔前板2的作用是改变引气装置出气口的冷却气的垂直气流方向，使冷却气的气流方向贴近圆锥状的待冷却壁面，极大减小了冷却气的气流出口的面积，这样流出集气环腔后的冷却气的气流可以更好贴合待冷却壁面，不会出现冷却气与待冷却壁面分离现象，达到更好的冷却效果；
所述圆筒5内圆周面的作用是引导燃烧室壳体内的主流高温气体方向水平；圆筒5的斜面用于对冷却气进行导流；
工作原理：冷却气通过引气装置及整流板3上的通孔进入所述集气环腔中，并形成环向均匀气流后，由圆筒5设有斜面的一端与尾喷管6的内壁面之间的间隙流出，对尾喷管6的内壁面进行冷却；
通过数值仿真的方法针对现有结构及本发明结构的气流分布对尾喷管6的内壁面进行冷却后的温度分布及流线分布进行了对比；
现有结构的温度分布及流线分布图参见附图3和附图4，本发明结构的温度分布及流线分布图参见附图5和附图6，由图3-6可以看出，现有结构形成的气流对尾喷管6的内壁面的温度分布不均匀，部分区域温度差较大；流线呈缕状分布；本发明结构通过整流板3进行整流后，冷却气出口均匀，尾喷管6的内壁面的温度均布性分布，没有出现温度畸变；
参见附图7-10，分布为尾喷管6入口处的温度周向分布图、尾喷管6的收敛段温度最高处的温度周向分布图、尾喷管6的喉道处的温度周向分布图、尾喷管6的扩张段温度最高处的温度周向分布图，可以看出尾喷管6的温度周向分布十分均匀。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，其特征在于，包括：环腔前板(2)、整流板(3)及圆筒(5)；
所述环腔前板(2)和整流板(3)均为圆锥筒状结构；其中，整流板(3)上均匀分布有沿其周向的两圈以上的通孔；
整流板(3)的大直径端固定在尾喷管(6)的大直径端，且整流板(3)与引气装置的出气口相对；环腔前板(2)的大直径端固定在燃烧室壳体上，环腔前板(2)的小直径端固定有同轴的圆筒(5)，且环腔前板(2)的壁面与整流板(3)的壁面垂直；圆筒(5)与整流板(3)相对，圆筒(5)与尾喷管(6)的内壁面留有间隙；整流板(3)、环腔前板(2)、圆筒(5)及尾喷管(6)端面合围形成的空腔为集气环腔。
2.如权利要求1所述的一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，其特征在于，所述整流板(3)上的通孔为三圈。
3.如权利要求1所述的一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，其特征在于，所述整流板(3)上的通孔直径为2～5mm。
4.如权利要求1所述的一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，其特征在于，所述整流板(3)的堵塞比为0.2～0.4。
5.如权利要求1所述的一种改善冷却气分布的集气环腔整流结构，其特征在于，所述圆筒(5)外圆周面的一端加工有圆锥面；圆筒(5)设有圆锥面的一端与尾喷管(6)的内壁面留有间隙，且圆筒(5)的圆锥面与尾喷管(6)的内壁面平行。
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