CN108104952A - 一种自循环高效冷却的高温承力机匣 - Google Patents

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李宗超
杜欣
孙国志
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    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
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Abstract

本发明提供一种自循环高效冷却的高温承力机匣，由内环(1)、外环(2)、以及与两者贯通相接的空心支板(3)组成，其中空心支板(3)布置多个，且沿内环(1)轴线周向均布，在空心支板(3)与外环(2)的交接处设置有用于将气流经该空心支板(3)引导至内环(2)空腔区域的引气风斗(4)，与该空心支板(3)相对一侧的另一空心支板(3)其与外环(2)的交接处上设置有用于将内环(2)空心区域的气流经该另一空心支板(3)导出的引射风斗(5)，两风斗开口方向相反。本发明所提供的承力机匣，将自然流动改为强迫流动，提高流速，进而提高冷却能力；采用温度较低的承力机匣外部气进行冷却，冷却效果更好，且对发动机性能影响较小。

Description

一种自循环高效冷却的高温承力机匣
技术领域
本发明属于涡轮风扇发动机设计领域，特别涉及高温承力机匣，具体涉及一种自循环高效冷却的高温承力机匣。
背景技术
涡轮风扇发动机上的高温承力机匣温度载荷高，其冷却方案的设计非常关键。如果设计不好，冷却不足，承力机匣温度高，容易导致出现裂纹，威胁发动机安全。如果要充分冷却，又由于承力机匣组件很大，需要的冷气较多，会导致发动机性能出现较大程度上的下降，这对发动机而言同样是难以接受的。
现有的承力机匣冷却方案有两种。1)通过承力机匣外部气和主通道气的微弱压差在自然状态下产生流动进行冷却。由于自然流动流速较低，冷却效果不好；2)通过引高压气进行冷却。缺点有两个，一是承力机匣组件大、温度高，冷却所需气流量大，会对发动机性能造成较大损失；二是高压引气温度高，不利于冷却。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自循环高效冷却的高温承力机匣，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种自循环高效冷却的高温承力机匣，由内环、同轴套设于内环外侧的外环、以及与两者贯通相接的截面呈长条形的空心支板组成，其中空心支板布置多个，且沿内环轴线周向均布，其中在空心支板与外环的交接处设置有用于将气流经该空心支板引导至内环空腔区域的引气风斗，与该空心支板相对一侧的另一空心支板其与外环的交接处上设置有用于将内环空心区域的气流经该另一空心支板导出的引射风斗，该引气风斗与该引射风斗开口方向相反。
优选地是，每一组相对设置的所述空心支板交接处上均设置有所述引气风斗及所述引射风斗。
优选地是，所述空心支板设置八处。
优选地是，所述引气风斗与所述引射风斗结构样式相同，均为截面呈U字型且占长条形交接处一半区域的弯头构件。
本发明所提供的一种自循环高效冷却的高温承力机匣的有益效果在于，能够使冷气从承力机匣外部进入承力机匣，对承力机匣进行充分冷却后，再从承力机匣外部排出，从而由于承力机匣外部气温度低，而且流速高，因此，冷却效果极佳；由于承力机匣外部气相比高压气压力小，因此对发动机性能的不利影响小；由于是自循环系统(冷却气从承力机匣外部进，从承力机匣外部出)，因此，不会与发动机其它组件耦合，产生不利影响。
附图说明
图1为本发明自循环高效冷却的高温承力机匣的结构示意图；
图2为本发明自循环高效冷却的高温承力机匣的细节图；
图3为本发明自循环高效冷却的高温承力机匣中引气风斗的结构示意图；
图4为本发明自循环高效冷却的高温承力机匣中引射风斗的结构示意图；
图5为存在外流时开放空腔内外流动特征图；
图6为存在外流时增加引气风斗情况下开放空腔内外流动特征图；
图7为存在外流时增加引射风斗情况下开放空腔内外流动特征图；
图8为存在外流时增加引气风斗及引射风斗情况下开放空腔内外流动特征图。
附图标记：
1-内环、2-外环、3-空心支板、4-引气风斗、5-引射风斗。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的自循环高效冷却的高温承力机匣做进一步详细说明。
如图1和图2所示，一种自循环高效冷却的高温承力机匣，由内环1、同轴套设于内环1外侧的外环2、以及与两者贯通相接的截面呈长条形的空心支板3组成，其中空心支板3布置多个，本实施例选择设置八个，且沿内环1轴线周向均布，其中在空心支板3与外环2的交接处设置有用于将气流经该空心支板3引导至内环2空腔区域的引气风斗4，与该空心支板3相对一侧的另一空心支板3其与外环2的交接处上设置有用于将内环2空心区域的气流经该另一空心支板3导出的引射风斗5，该引气风斗4与该引射风斗5开口朝向相反，并且引气风斗4的朝向必须正对承力机匣外部气，引射风斗的朝向必须背向承力机匣外部气，其细节结构需通过详细气动计算得出。在每一组相对设置的空心支板3交接处上均选择设置引气风斗4及引射风斗5，本实施例中的引气风斗4与引射风斗5均选择结构相同的样式，具体截面呈U字型且占长条形交接处一半区域的弯头构件，如图3和图4所示。
下面从气动原理上简述说明。存在外流时开放空腔内外流动特征如图5所示，由于A、B两个开口位置的气动力相似，因此，整个空腔内流动微弱。引气风斗原理如图6所示，通过在A处收集流体的动压头，使A处感知到的压力是总压，B处感知的压力依然是静压，利用总静压差推动流体在开放空腔内流动。引射风斗原理如图7所示，通过在B处设计风斗对气流进行加速，静压会相应减小，进而产生抽吸作用，使气流流过开放空腔。两风斗的结合使用如图8所示，综合效果最好，流动最强，由于涡轮风扇发动机承力机匣外部气流速很高，在其高速流过支板头表面时，动压和引射的作用会发挥的比较明显，通过引气风斗4吸气和引射风斗5抽气，会使承力机匣内部产生强烈的流动，从而产生很好的冷却效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种自循环高效冷却的高温承力机匣，其特征在于，由内环(1)、同轴套设于内环(1)外侧的外环(2)、以及与两者贯通相接的截面呈长条形的空心支板(3)组成，其中空心支板(3)布置多个，且沿内环(1)轴线周向均布，其中在空心支板(3)与外环(2)的交接处设置有用于将气流经该空心支板(3)引导至内环(2)空腔区域的引气风斗(4)，与该空心支板(3)相对一侧的另一空心支板(3)其与外环(2)的交接处上设置有用于将内环(2)空心区域的气流经该另一空心支板(3)导出的引射风斗(5)，该引气风斗(4)与该引射风斗(5)开口方向相反。
2.根据权利要求1所述的自循环高效冷却的高温承力机匣，其特征在于，每一组相对设置的所述空心支板(3)交接处上均设置有所述引气风斗(4)及所述引射风斗(5)。
3.根据权利要求2所述的自循环高效冷却的高温承力机匣，其特征在于，所述空心支板(3)设置八处。
4.根据权利要求3所述的自循环高效冷却的高温承力机匣，其特征在于，所述引气风斗(4)与所述引射风斗(5)结构样式相同，均为截面呈U字型且占长条形交接处一半区域的弯头构件。
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