CN114151227A - 一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构，包括冲击板、隔热屏，隔热屏包括多个子隔热屏，多个子隔热屏沿二元矢量喷管的顺气流方向和沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布。沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布的若干个子隔热屏，相邻子隔热屏之间设有膨胀间隙D1并经第一密封件密封。沿二元矢量喷管的顺气流方向分布的若干个子隔热屏，相邻子隔热屏之间设有膨胀间隙D2并经第二密封件密封。隔热屏结构可有效提升隔热屏强度和刚度，适应隔热屏平面内不同方向的热表形，同时解决了分块结构带来的密封问题，保证了二元矢量喷管的气动、冷却和隐身等性能。

Description

一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构
技术领域
本发明属于航空发动机领域，涉及燃气涡轮发动机的隔热结构设计技术，具体为一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特别适用于高温高压环境下工作的二元矢量喷管。
背景技术
飞机发动机中，二元矢量喷管因具备轴对称矢量喷管的矢量偏转机动性能，以及良好的隐身性能和利于与后机身一体化设计等特点，可以大幅度提高战机突防和生存能力。
二元矢量喷管涉及气动、冷却、密封、运动机构、结构强度等多学科，结构复杂、零组件多，且大部分为零件为运动构件，其中元矢量喷管的流道直接与燃气接触，承受很高的气动载荷和热载荷，隔热屏结构的设计直接影响喷管运动过程中的冷却效果和整机性能，若隔热屏结构变形、失效会直接导致承力构件超温，甚至产生烧蚀，严重威胁整机和部件的寿命和使用安全。
目前，二元矢量喷管的隔热屏在高温高压环境中使用时，容易出现热变形、且加工难度大、成本高的问题，很难起到较佳的隔热效果，从而降低了二元矢量喷管的气动、冷却和隐身等性能。
发明内容
本发明的目的在于解决二元矢量喷管的隔热屏容易出现热变形、加工难度大、成本高的问题，设计了一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构，本发明的隔热屏结构采用分块设计思路，不同的搭接及密封方式进行连接，以提升隔热屏结构的强度和刚度，避免出现热变形问题，进而保证二元矢量喷管的气动、冷却和隐身等性能；采用分块设计思路，也能够大大降低隔热屏结构的加工难度及加工成本。本发明的隔热屏结构可以用于任何工作环境下的二元矢量喷管，特别适用于在高温高压环境下工作二元矢量喷管。
实现发明目的的技术方案如下：一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构，包括冲击板、隔热屏，隔热屏固定在冲击板的下方，且冲击板与隔热屏之间有冷气通道。隔热屏包括多个子隔热屏，多个子隔热屏沿二元矢量喷管的顺气流方向和沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布。
其中，沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布的若干个子隔热屏，相邻子隔热屏经第一连接结构与冲击板固定，且相邻子隔热屏之间设有膨胀间隙D1，膨胀间隙D1经第一密封件密封。
其中，沿二元矢量喷管的顺气流方向分布的若干个子隔热屏，相邻子隔热屏经第二连接结构与冲击板固定，且相邻子隔热屏之间设有膨胀间隙D2，膨胀间隙D2经第二密封件密封。
进一步的，上述子隔热屏为双层结构，包括上层子隔热屏和下层子隔热屏。
更进一步的，上述第一连接结构包括销钉、压扁螺栓、定距套，定距套位于冲击板与子隔热屏之间且套设在销钉上。
第一密封件为密封体，密封体的一端完全覆盖膨胀间隙D1，另一端开设有通孔，销钉穿过密封体上的通孔将密封体固定在子隔热屏上。
优选的，上述密封体的宽度与膨胀间隙D1之间的比例为1.3~5。
优选的，上层子隔热屏上与气流方向垂直的两边中，其中，第一个边向冲击板方向折弯并延申并形成折弯边，第二个边与其下部的下层子隔热屏齐平。
相邻子隔热屏的下层子隔热屏之间设有膨胀间隙D2。
第二密封件包括折弯边，一个子隔热屏的折弯边与其相邻子隔热屏的上层子隔热屏的第二个边的上表面贴合，并覆盖膨胀间隙D2。
更优的，上述折弯边的长度与膨胀间隙D2之间的比例为1.2~3。
进一步的，上述第二连接结构包括套设有裙边的销钉、压扁螺栓，且裙边位于冲击板与隔热屏之间，用于支撑冷却通道并限定通道的高度。
优选的，上述隔热屏中，每四个相邻的子隔热屏之间间隙处，顺气流下游侧的子隔热屏间的密封体向其上游侧折弯、延伸并覆盖上游侧的子隔热屏间的密封体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.隔热屏结构能够适应在隔热屏平面内不同方向热变形；
2.可以有效提升隔热屏强度和刚度；
3.相对于大尺寸整块平板结构的隔热屏结构，将隔热屏进行分块设计，能够大幅度降低工艺难度系数及加工成本；
4.针对分块隔热屏设计了结构不同的第一密封件、第二密封件，同时在每四个相邻的子隔热屏之间间隙处的密封方式进行设计，在实现密封性能的同时保证了二元矢量喷管的气动、冷却和隐身等性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为具体实施方式中二元矢量喷管的隔热屏结构的示意图；
图2为具体实施方式中隔热屏结构的第一连接结构及第一密封件的示意图；
图3为具体实施方式中隔热屏结构的第二连接结构及第二密封件的示意图；
图4为具体实施方式中隔热屏结构的相邻4个子隔热屏之间间隙处的密封结构示意图；
其中，1.冲击板；2.隔热屏；21.子隔热屏；211.上层子隔热屏；212.下层子隔热屏；213.折弯边；3.冷气通道；4.第一连接结构；41.销钉；42.压扁螺栓；43.定距套；5.第一密封件；6.第二连接结构；61.裙边。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本具体实施方式提供了一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构，如图1所示，包括冲击板1、隔热屏2，隔热屏2固定在冲击板1的下方，且冲击板1与隔热屏2之间有冷气通道3。隔热屏2包括多个子隔热屏21，多个子隔热屏21沿二元矢量喷管的顺气流方向和沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布。
如图1及图2所示，沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布的若干个子隔热屏21，相邻子隔热屏21经第一连接结构4与冲击板1固定。由于在受热情况下，子隔热屏21会出现垂直气流方向的热膨胀位移，在出现热膨胀位移时为了确保相邻子隔热屏21之间不会接触甚至挤压造成破坏，在相邻子隔热屏21之间设有膨胀间隙D1对垂直气流方向的热膨胀位移进行补偿，膨胀间隙D1经第一密封件5密封。
优选的，上述第一密封件5(即下述密封体)的宽度与膨胀间隙D1之间的比例为1.3~5，对密封体的宽度与膨胀间隙D1的大小进行设置，用于确保在子隔热屏21发生热膨胀位移时，膨胀间隙D1仍能够被密封体完全覆盖。
在本具体实施方式的一个实施例中，如图2所示，上述第一连接结构4包括销钉41、压扁螺栓42、定距套43，定距套43位于冲击板1与子隔热屏21之间且套设在销钉41上。第一密封件5为密封体，密封体的一端完全覆盖膨胀间隙D1，另一端开设有通孔，销钉41穿过密封体上的通孔将密封体固定在子隔热屏21上。在本具体实施方式中，密封体择优选择使用耐高温，且具有一定弹性的密封条。
在本具体实施方式的一个实施例中，如图2和图3所示，上述子隔热屏21为双层结构，包括上层子隔热屏211和下层子隔热屏212。
如图1及图3所示，沿二元矢量喷管的顺气流方向分布的若干个子隔热屏21，相邻子隔热屏21经第二连接结构6与冲击板1固定，且相邻子隔热屏21之间设有膨胀间隙D2，膨胀间隙D2经第二密封件密封。膨胀间隙D2设置的目的与膨胀间隙D1设置的目的相同，其是为了对顺气流方向的热膨胀位移进行补偿，膨胀间隙D2与膨胀间隙D1的值可以设置相同也可以不同，在本具体实施方式中，由于顺气流方向的热膨胀位移比垂直气流方向的热膨胀位移的略大，因此，可择优选择使膨胀间隙D2＞膨胀间隙D1。
具体的，如图3所示，上层子隔热屏211上与气流方向垂直的两边中，其中，第一个边向冲击板方向折弯并延申并形成折弯边213，第二个边与其下部的下层子隔热屏212齐平。相邻子隔热屏21的下层子隔热屏212之间设有上述膨胀间隙D2。
在第二密封件的一种结构中，如图3所示，第二密封件包括上述折弯边213，一个子隔热屏21的折弯边213与其相邻子隔热屏21的上层子隔热屏211的第二个边的上表面贴合，并覆盖膨胀间隙D2。更优的，上述折弯边213的长度与膨胀间隙D2之间的比例为1.2~3，对折弯边213的长度与膨胀间隙D2之间的长度进行限定，也是为了在发生热膨胀位移时，折弯边213能够确保完全覆盖膨胀间隙D2。
在本具体实施方式的一个实施例中，如图3所示，上述第二连接结构6包括套设有裙边的销钉41、压扁螺栓42，且裙边61位于冲击板1与隔热屏2之间，用于支撑冷却通道并限定通道的高度。
如图1和图4所示，由于多个子隔热屏21沿二元矢量喷管的顺气流方向和沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布，因此每四个相邻的子隔热屏之间的间隙不仅包括膨胀间隙D2，还包括膨胀间隙D1，由膨胀间隙D2与膨胀间隙D1部分重叠形成。因此，对于每四个相邻的子隔热屏21之间间隙处，顺气流方向，下游侧的子隔热屏间的密封体(即第一密封件5)向其上游侧折弯、延伸并覆盖上游侧的子隔热屏21间的密封体。优选的，如图3所示，为了进一步确保每四个相邻的子隔热屏之间的间隙的密封性，使一个子隔热屏21(可将其另定义为子隔热屏21a)的上层子隔热屏211向与其相邻的子隔热屏21(可将其另定义为子隔热屏21b)的上层子隔热屏211的方向延伸、折弯，子隔热屏21b的上层子隔热屏211的折弯部分与子隔热屏21a的上层子隔热屏211上表面接触，同时使子隔热屏21b上部的密封体与子隔热屏21b的上层子隔热屏211的折弯部分之间具有膨胀间隙H1，膨胀间隙H1的设置目的与膨胀间隙膨胀间隙D1及膨胀间隙D2的目的相同，在此不再进行赘述。
本具体实施方式提供的隔热屏结构能够适应在隔热屏平面内不同方向热变形；可以有效提升隔热屏强度和刚度；相对于大尺寸整块平板结构的隔热屏结构，将隔热屏进行分块设计，能够大幅度降低工艺难度系数及加工成本；针对分块隔热屏设计了结构不同的第一密封件、第二密封件，同时在每四个相邻的子隔热屏之间间隙处的密封方式进行设计，在实现密封性能的同时保证了二元矢量喷管的气动、冷却和隐身等性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种用于二元矢量喷管的隔热屏结构，包括冲击板、隔热屏，所述隔热屏固定在所述冲击板的下方，且所述冲击板与所述隔热屏之间有冷气通道，其特征在于：所述隔热屏包括多个子隔热屏，多个所述子隔热屏沿二元矢量喷管的顺气流方向和沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布；
其中，沿二元矢量喷管的垂直气流方向分布的若干个所述子隔热屏，相邻所述子隔热屏经第一连接结构与所述冲击板固定，且相邻所述子隔热屏之间设有膨胀间隙D1，所述膨胀间隙D1经第一密封件密封；
其中，沿二元矢量喷管的顺气流方向分布的若干个所述子隔热屏，相邻所述子隔热屏经第二连接结构与所述冲击板固定，且相邻所述子隔热屏之间设有膨胀间隙D2，所述膨胀间隙D2经第二密封件密封。
2.根据权利要求1所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述子隔热屏为双层结构，包括上层子隔热屏和下层子隔热屏。
3.根据权利要求2所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述第一连接结构包括销钉、压扁螺栓、定距套，所述定距套位于所述冲击板与所述子隔热屏之间且套设在销钉上；
所述第一密封件为密封体，所述密封体的一端完全覆盖膨胀间隙D1，另一端开设有通孔，所述销钉穿过所述密封体上的所述通孔将所述密封体固定在所述子隔热屏上。
4.根据权利要求3所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述密封体的宽度与膨胀间隙D1之间的比例为1.3～5。
5.根据权利要求3所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述上层子隔热屏上与气流方向垂直的两边中，其中，第一个边向所述冲击板方向折弯并延申并形成折弯边，第二个边与其下部的所述下层子隔热屏齐平；
相邻所述子隔热屏的所述下层子隔热屏之间设有膨胀间隙D2；
所述第二密封件包括所述折弯边，一个所述子隔热屏的所述折弯边与其相邻所述子隔热屏的所述上层子隔热屏的第二个边的上表面贴合，并覆盖所述膨胀间隙D2。
6.根据权利要求5所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述折弯边的长度与膨胀间隙D2之间的比例为1.2～3。
7.根据权利要求5所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述第二连接结构包括套设有裙边的销钉、压扁螺栓，且所述裙边位于所述冲击板与所述隔热屏之间，用于支撑冷却通道并限定所述通道的高度。
8.根据权利要求5所述的用于二元矢量喷管的隔热屏结构，其特征在于：所述隔热屏中，每四个相邻的所述子隔热屏之间间隙处，顺气流方向，下游侧的所述子隔热屏间的所述密封体向其上游侧折弯、延伸并覆盖上游侧的所述子隔热屏间的所述密封体。
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王杏涛;张靖周;单勇;: "发动机舱通风冷却和遮挡隔热综合降温效果" *
陈徐屹;张小英;: "轴对称矢量喷管的气膜冷却及红外辐射耦合计算分析" *

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115013841A (zh) * 2022-05-12 2022-09-06 中国航发四川燃气涡轮研究院 加力燃烧室双层浮动密封圆转方隔热屏结构及后排气系统
CN115013841B (zh) * 2022-05-12 2023-10-31 中国航发四川燃气涡轮研究院 加力燃烧室双层浮动密封圆转方隔热屏结构及后排气系统

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