CN109210961A - 一种用于航空发动机的液体散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于航空发动机的液体散热器，所述液体散热器包括：液体入口；液体出口；外壁上设置有多个翅片结构的至少一个翅片管，每一个所述翅片管的一端与所述液体入口连接，每一个所述翅片管的另一端与所述液体出口连接，每一个所述翅片管沿航空发动机圆周分布，于所述航空发动机的风扇机匣衬板和风扇机匣内壁之间的空间内，在所述风扇机匣衬板上与所述液体散热器对应的上游和下游位置分别设置有周向的上游缺口和下游缺口，以使得空气从所述上游缺口流经所述液体散热器再从所述下游缺口流出，待冷却的液体经所述液体入口进入所述液体散热器，经所述液体出口流出所述液体散热器，通过流经所述散热器的空气对所述待冷却的液体进行冷却。

Description

一种用于航空发动机的液体散热器

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种用于航空发动机的液体散热器。

背景技术

航空发动机一般主要包括压气机、燃烧室和高压涡轮，其中，压气机主要用于将空气压缩并使其进入核心机，燃烧室主要用于将压缩空气和燃油混合并发生充分燃烧以产生高能量燃气流，而高压涡轮则主要用于从燃烧室喷出的高能量燃气流中提取能量来驱动压气机。在大涵道比涡扇发动机中，位于核心机下游的低压涡轮从燃烧室喷出的高能量燃气流中提取能量并驱动风扇叶片转动，而风扇则提供发动机产生的最主要推力。

发动机中通常由多个支点轴承来固定转子，高、低压转子均绕着发动机中心轴高速旋转。轴承在高速转动过程中会产生很大的热量，为保证轴承正常工作，通过滑油对轴承进行冷却和润滑。滑油吸收轴承产生的热量后自身温度提高，为避免滑油超温引起滑油结焦等影响发动机正常工作的情况，必须对升温后的滑油进行冷却降温。滑油的冷却一般是通过将滑油充入燃滑油散热器，由燃油带走滑油的热量。但在某些发动机工况下燃油冷却能力不足，这时就需要在滑油系统中增加空气-滑油散热器对滑油进行辅助冷却。

应用最为普遍的一类空气-滑油散热器安装在发动机机匣的外侧，空气-滑油散热器通过引气结构从风扇外涵引入温度较低的空气到散热器空气流道内与散热器内的高温滑油进行热交换，对滑油进行冷却。该类散热器最主要的特点是有复杂的引气结构以及空气流量调节装置，这些结构装置的存在使得整个散热器的体积和重量都很大，不利于发动机减重。

另一类比较新型的空气-滑油散热器是处于流道内的面式散热器，这类散热器的一部分结构(通常为翅片)直接伸入涡扇发动机外涵流道内。发动机工作时，风扇外涵流通的温度较低且具有一定流速的空气掠过散热器伸入流道内的翅片表面，从而实现对滑油的冷却，带走滑油从主轴轴承与传动系统等处吸收的热量。这类空气滑油散热器虽然结构简单，换热效果好，但是由于散热器部分结构直接伸入外涵流道，造成外涵道气动损失，进而使发动机整体性能损失增大。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明提供一种用于航空发动机的液体散热器，不会对航空发动机涵道气流产生影响，进而避免了航空发动机的气动损失。

根据上述目的，本发明提供一种用于航空发动机的液体散热器，所述液体散热器包括：液体入口；液体出口；外壁上设置有多个翅片结构的至少一个翅片管，其中，每一个所述翅片管的一端与所述液体入口连接，每一个所述翅片管的另一端与所述液体出口连接，每一个所述翅片管沿航空发动机圆周分布于所述航空发动机的风扇机匣衬板和风扇机匣内壁之间的空间内，在所述风扇机匣衬板上与所述液体散热器对应的上游和下游位置分别设置有周向的上游缺口和下游缺口，以使得空气从所述上游缺口流经所述液体散热器再从所述下游缺口流出，待冷却的液体经所述液体入口进入所述液体散热器，经所述液体出口流出所述液体散热器，通过流经所述散热器的空气对所述待冷却的液体进行冷却。

在一实施例中，所述翅片管占据所述圆周的一部分弧长。

在一实施例中，所述翅片管占据整个所述圆周。

在一实施例中，所述液体散热器包括多个所述翅片管，多个所述翅片管的所述翅片结构的端部相互接触，以使得多个所述翅片管形成整体的翅片管组。

在一实施例中，在所述液体散热器的横截面上，每三个相邻的所述翅片管的圆心之间的连线为等边三角形。

在一实施例中，所述上游缺口和所述下游缺口之间的衬板能够以所述航空发动机的圆周的切线为轴线旋转。

在一实施例中，所述上游缺口和所述下游缺口之间的所述衬板的端部安装有动作机构，驱动所述上游缺口和所述下游缺口之间的所述衬板旋转。

在一实施例中，所述待冷却的液体为滑油。

在一实施例中，所述翅片结构的厚度小于1mm。

在一实施例中，所述翅片结构的间距为2～7mm。

在一实施例中，所述翅片结构的高度小于所述翅片管内径的0.75倍。

本发明提供的一种用于航空发动机的液体散热器，置于航空发动机的风扇机匣衬板和风扇机匣内壁之间的空间内，在借助航空发动机外涵道的空气进行液体冷却的同时，避免了液体散热器直接伸入航空发动机外涵流道产生的气动损失。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了航空发动机的结构示意图；

图2示出了本发明一种用于航空发动机的液体散热器一个方面的结构示意图；

图3示出了单个翅片管的结构示意图；

图4示出了液体散热器的安装结构示意图；

图5示出了气体流经液体散热器的示意图；

图6示出了上游缺口和下游缺口之间衬板转动的结构示意图；

图7示出了液体散热器的横截面的结构示意图；

图8示出了翅片结构的示意图。

附图标记说明：

101、501：空气气流；

102：航空发动机的内涵道；

103：低压压气机；

104：高压压气机；

105：燃烧室；

106：风扇；

107：航空发动机的外涵道；

108、402、505：航空发动机风扇机匣；

109、403、504、601：衬板；

120：航空发动机的轴线；

20、110、401、503、602：液体散热器；

201：液体入口；

202：液体出口；

203：液体入口连接口；

204：液体出口连接口；

205、30、507、701、702、703：翅片管；

301：空心圆管；

302、508、80：翅片结构；

404：缺口；

405：动作机构；

502：上游缺口；

506：下游缺口；

704：等边三角形。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

为了更好地理解航空发动机的原理，首先，请参看图1，图1示出了航空发动机的结构示意图。

航空发动机周围的空气气流101进入航空发动机10后分为两路，一路气流进入航空发动机的内涵道102，该气流先后经过低压压气机103和高压压气机104的压缩后，进入燃烧室105与燃油混合并充分燃烧，产生高温高压气流。

来自燃烧室的高温高压气流在高压涡轮和低压涡轮内膨胀做工，使得高压涡轮和低压涡轮高速转动从而带动高压轴和低压轴转动，进而驱动高压压气机104、低压压气机103以及风扇106转动。另一路气流在风扇106的驱动下进入航空发动机的外涵道107。

为了使流道光滑，减小外涵阻力损失，在航空发动机风扇机匣108内侧铺设有衬板109，这样在衬板109与风扇机匣108内壁之间就存在一定的空间，本发明正是利用该空间，在该空间内设置液体散热器，避免了液体散热器直接伸入外涵道107而产生的气动损失。

风扇106的转动是以航空发动机的轴线120为轴线进行圆周转动的。

请参看图2，图2示出了本发明一种用于航空发动机的液体散热器一个方面的结构示意图。

液体散热器20具有液体入口201和液体出口202，待冷却的液体从液体入口201流入液体散热器20，经过冷却后，从液体出口202流出液体散热器20。

在一实施例中，可以在液体入口201和液体出口202分别设置与待冷却液体管路相适应的液体入口连接口203和液体出口连接口204，这样就可以直接将待冷却液体引入液体散热器20中。

液体入口201和液体出口202之间，由外壁上设置有多个翅片结构的至少一个翅片管205相连接，每一个翅片管205的一端与液体入口201连接，每一个翅片管205的另一端与液体出口202连接。

请参看图3，图3示出了单个翅片管的结构示意图。翅片管30包括空心圆管301和在空心圆管301的外壁上沿着圆周方向分布的翅片结构302。

请继续参看图2，待冷却液体从液体入口201流入液体散热器20，并分别进入不同的翅片管205，最终都在液体出口202流出液体散热器20。

当待冷却液体从液体入口201逐渐流向液体出口202时，通过流经液体散热器的空气对待冷却的液体进行冷却，翅片结构能够更好地进行热交换，进而提高液体散热器的冷却能力。

为了避免将液体散热器20伸入航空发动机的涵道内，从而引起启动损失。请继续参看图1，本发明将液体散热器110置于衬板109与风扇机匣108之间的空间内。

具体来说，每一个翅片管205沿着航空发动机的轴线的圆周上分布，并置于航空发动机的风扇机匣的衬板109和风扇机匣108内壁之间的空间内。

为了使得流入航空发动机的外涵道的温度较低的空气的一部分能够流经液体散热器，进而为液体进行降温。沿着航空发动机的轴线，在液体散热器的上游和下游的风扇机匣衬板上分别设置有周向的上游缺口和下游缺口。

具体请参看图4和图5，图4示出了液体散热器的安装结构示意图，图5示出了气体流经液体散热器的示意图。

在图4中，液体散热器401被安装在完全处于风扇机匣402的内壁与衬板403之间的区域内。

衬板403在液体散热器401安装位置的上游和下游都留有周向的缺口404，周向缺口404的设置使得流经航空发动机外涵道的空气的一部分能够流经液体散热器401，由于流经航空发动机外涵道的空气的温度比较低，借助该温度较低的空气即能够冷却液体。

在图5中，航空发动机的外涵道内的空气气流501从上游缺口502处流入液体散热器503在衬板504与风扇机匣505之间的安装空间内，掠过液体散热器503后从下游缺口506流出，重新回到航空发动机的外涵道中。

液体散热器在航空发动机的周向上的长度是可选的。在一实施例中，液体散热器的翅片管占据其所在圆周的一部分弧长。

在一实施例中，液体散热器的翅片管占据其所在圆周的整个圆周。液体散热器长度的增加，就会增加较冷空气与液体散热器的接触面积，从而能够提高冷却能力。

在一实施例中，液体散热器包括多个翅片管，多个翅片管的翅片结构的端部相互接触，以使得多个翅片管形成整体的翅片管组。

具体可继续参看图2和图5，图2中，可以很直观地看到液体散热器20是由多个翅片管205相互平行地抵触在一起，进而形成整体的翅片管组的。

图5中同时示出了液体散热器的截面图，其中每一个翅片管507的翅片结构508的外圆周相互抵触，即形成了整体的翅片管组。

在一实施例中，上游缺口和下游缺口之间的衬板能够沿着与航空发动机的轴线垂直的轴线旋转。

请参看图6，图6示出了上游缺口和下游缺口之间衬板转动的结构示意图。上游缺口和下游缺口之间的衬板601能够转动，进而能够增大或者减小流过液体散热器602的气流的大小，实际上，衬板601是以航空发动机的圆周的切线为轴线旋转。也就是说，衬板601是以其所处的圆周上的那一个点的切线为轴线进行旋转的。

请继续参看图4，可以在上游缺口和下游缺口之间的衬板的端部安装可使衬板403发生一定角度偏转的动作机构405来控制衬板的旋转。

在一实施例中，待冷却的液体为滑油。当然也可以把其他航空发动机中涉及的需冷却的液体引入液体散热器进行冷却。

在对航空发动机外涵气动性能损失要求不高，但是对滑油散热量需求较高的地面状态点，可以通过调节衬板角度增大掠过液体散热器的较低温度的空气流量，而在大部分航空发动机的状态点衬板不偏转，以保证外涵的气动损失满足要求。

在对航空发动机外涵气动性能损失要求不高，但是对液体散热器散热量需求较高的地面状态点，可以通过调节衬板角度增大掠过散热器的空气流量，而在大部分发动机状态点衬板不偏转，以保证外涵的气动损失满足要求

在一实施例中，在液体散热器的横截面上，每三个相邻的翅片管的圆心之间的连线为等边三角形。

请参看图7，图7示出了液体散热器的横截面的结构示意图。可以看到每三个相邻的翅片管的圆心为等边三角形，例如，翅片管701、翅片管702和翅片管703的圆心的连线为等边三角形704。实际上，各个翅片管的规格是一致的，即翅片结构的高度一致、翅片管的内径也一致，那么每三个相邻的翅片管的圆心即为等边三角形。

当然，还有很多可以将多个翅片管组合在一起形成翅片管组的翅片管的放置排列方式，但每三个相邻的所述翅片管的圆心之间的连线为等边三角形的排列方式是最节省空间的。且由于风扇机匣衬板和风扇机匣内壁之间的空间有限，即该种翅片管的排列方式为一种优选的排列方式。

可以调整翅片管上的翅片结构的高度、厚度和间距，请参看图8，图8示出了翅片结构的示意图。其中，翅片结构80的高度h、相邻翅片结构的间距d和翅片结构的厚度t都是可以根据具体的应用场景调整的。

在一实施例中，翅片结构的厚度小于1mm。

在一实施例中，翅片结构的间距为2～7mm。

在一实施例中，翅片结构的高度小于翅片管内径的0.75倍。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (11)

1.一种用于航空发动机的液体散热器，其特征在于，所述液体散热器包括：

液体入口；

液体出口；

外壁上设置有多个翅片结构的至少一个翅片管，

其中，每一个所述翅片管的一端与所述液体入口连接，每一个所述翅片管的另一端与所述液体出口连接，每一个所述翅片管沿航空发动机圆周分布于所述航空发动机的风扇机匣衬板和风扇机匣内壁之间的空间内，在所述风扇机匣衬板上与所述液体散热器对应的上游和下游位置分别设置有周向的上游缺口和下游缺口，以使得空气从所述上游缺口流经所述液体散热器再从所述下游缺口流出，待冷却的液体经所述液体入口进入所述液体散热器，经所述液体出口流出所述液体散热器，通过流经所述散热器的空气对所述待冷却的液体进行冷却。

2.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述翅片管占据所述圆周的一部分弧长。

3.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述翅片管占据整个所述圆周。

4.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述液体散热器包括多个所述翅片管，多个所述翅片管的所述翅片结构的端部相互接触，以使得多个所述翅片管形成整体的翅片管组。

5.如权利要求4所述的液体散热器，其特征在于，在所述液体散热器的横截面上，每三个相邻的所述翅片管的圆心之间的连线为等边三角形。

6.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述上游缺口和所述下游缺口之间的衬板能够以所述航空发动机的圆周的切线为轴线旋转。

7.如权利要求6所述的液体散热器，其特征在于，所述上游缺口和所述下游缺口之间的所述衬板的端部安装有动作机构，驱动所述上游缺口和所述下游缺口之间的所述衬板旋转。

8.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述待冷却的液体为滑油。

9.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述翅片结构的厚度小于1mm。

10.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述翅片结构的间距为2～7mm。

11.如权利要求1所述的液体散热器，其特征在于，所述翅片结构的高度小于所述翅片管内径的0.75倍。