CN114233514A - 一种强制对流气冷中心锥 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空或航天发动机喷管领域，为一种强制对流气冷中心锥，包括锥形外筒体、锥形内筒体、设于锥形外筒体和锥形内筒体前端的安装边，通过在锥形外筒体和锥形内筒体之间开设气冷环槽，在锥形内筒体上设置进气管，在进气管的内侧设置环形集气腔，冷却气由进气管进入后能够均匀混合，环形集气腔通过透气孔均匀输送至气冷环槽内，气冷环槽沿着中心锥的轴向流动至锥形外筒体的末端，环形集气腔的设置提高了对中心锥冷却的均匀性和质量；锥形外筒体和锥形内筒体的中部和末端互不接触保证锥形外筒体有足够的空间进行热变形，锥形外筒体与锥形内筒体的变形互不干扰，中心锥内应力较小，保证了中心锥的使用寿命。

Description

一种强制对流气冷中心锥

技术领域

本申请属于航空或航天发动机喷管领域，特别涉及一种强制对流气冷中心锥。

背景技术

喷管是航空发动机的排气装置，高温燃气在喷管内膨胀做功，产生推力。

喷管根据排气性能分为亚音速喷管和超音速喷管；按照不同的结构形式分为收敛喷管和收扩喷管；按照机构形式分为固定喷管和可调喷管；也可以根据使用需求增加矢量功能和隐身功能。

航空发动机的核心机包括压气机、主燃烧室、涡轮三部分，为进行核心机试车，需要为核心机配装喷管。

核心机喷管一般采用收敛喷管，由喷管外壁和中心锥两部分构成，如图1所示，发动机产生的高温燃气在喷管外壁和中心锥之间的环形空腔中排出。

由于中心锥的外表面与高温燃气接触，导致中心锥的外侧变形较大、内侧变形较小，这种变形的不均匀会导致中心锥内部开裂，内部应力增大，影响中心锥的使用寿命。

并且以往核心机排气温度在金属长时间许用工作温度以下，所以核心机喷管不需要进行冷却。近年来，随着核心机性能的提升，排气温度已经超过了现有金属材料长时间工作的许用温度，需要对喷管进行冷却。

因此，如何更有效地对中心锥进行气冷、保证中心锥的使用寿命是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种强制对流气冷中心锥，以解决现有技术中航空发动机的中心锥冷却强度不足、同时因内外变形不一导致寿命降低的问题。

本申请的技术方案是：一种强制对流气冷中心锥，包括锥形外筒体、锥形内筒体、设于锥形外筒体和锥形内筒体前端的安装边；所述锥形外筒体和锥形内筒体同轴对应设置，所述锥形外筒体与锥形内筒体之间开设有气冷环槽，所述气冷环槽从锥形外筒体的后端流出，所述锥形内筒体上设有进气管，所述锥形内筒体对应进气管内侧的位置处设有与进气管连通的环形集气腔，所述环形集气腔与气冷环槽之间设有透气孔，所述环形集气腔与环槽之间通过透气孔相互连通；所述锥形外筒体和锥形内筒体的中部和末端互不接触。

优选地，所述锥形外筒体的内环面上固定连接有加强环，所述锥形内筒体上设有多孔隙环形板，所述透气孔开设于多孔隙环形板上。

优选地，所述透气孔共有多组并沿着中心锥的轴线方向均匀排布，每组所述透气孔均有多个并沿着中心轴的圆周方向均匀设置。

优选地，任意相邻两组所述透气孔均交错设置。

本申请的一种强制对流气冷中心锥，包括锥形外筒体、锥形内筒体、设于锥形外筒体和锥形内筒体前端的安装边，通过在锥形外筒体和锥形内筒体之间开设气冷环槽，在锥形内筒体上设置进气管，在进气管的内侧设置环形集气腔，冷却气由进气管进入后能够均匀混合，环形集气腔通过透气孔均匀输送至气冷环槽内，气冷环槽沿着中心锥的轴向流动至锥形外筒体的末端，环形集气腔的设置提高了对中心锥冷却的均匀性和质量；锥形外筒体和锥形内筒体的中部和末端互不接触保证锥形外筒体有足够的空间进行热变形，锥形外筒体与锥形内筒体的变形互不干扰，中心锥内应力较小，保证了中心锥的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为背景技术中中心锥与喷管的连接结构示意图；

图2为本申请局部结构的轴测示意图；

图3为本申请凸显透气孔的局部剖视结构示意图；

图4为本申请左视图。

1、锥形外筒体；2、锥形内筒体；3、安装边；4、进气管；5、环形集气腔；6、透气孔；7、气冷环槽；8、多孔隙环形板；9、加强环。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种强制对流气冷中心锥，如图1-4所示，包括锥形外筒体1、锥形内筒体2和安装边3，锥形外筒体1和锥形内筒体2同轴设置并且两者之间具有一定的间隔，安装边3呈环形结构并与锥形外筒体1和锥形内筒体2的前端相连，锥形外筒体1的外表面与发动机喷出的高温尾气接触。

其中本发明所说的前端为中心锥的高温尾气入口端，本发明所说的后端、也即是中心锥的末端为中心锥的高温尾气出口端。

锥形外筒体1和锥形内筒体2同轴对应设置，锥形外筒体1与锥形内筒体2之间开设有气冷环槽7，气冷环槽7从锥形外筒体1的后端流出，锥形内筒体2上设有进气管4，进气管4共有四组并沿着锥形内筒体2的周向均匀排布，锥形内筒体2对应进气管4内侧的位置处设有与进气管4连通的环形集气腔5，环形集气腔5与气冷环槽7之间设有透气孔6，环形集气腔5与环槽之间通过透气孔6相互连通；锥形外筒体1和锥形内筒体2的中部和末端互不接触。

工作时，中心锥与发动机相连，冷却气从进气管4中通入，进入到环形集气腔5内进行掺混，使冷气均匀，而后冷气通过透气孔6进入气冷环槽7内，气冷环槽7沿着中心轴的轴线方向进行流动，冷却气在锥形外筒体1中与锥形外筒体1壁面进行对流换热，达到冷却中心锥的目的，冷却后的冷却气从锥形外筒体1的末端排出。

通过调节进入进气管4中冷却气的温度、压力、流量等，可以调节该中心锥的冷却效果，以适应不同排气温度的发动机。

由于冷却气通过环形集气腔5能够均匀混合，提高了对中心锥冷却的均匀性和质量，同时锥形外筒体1和锥形内筒体2在工作过程中，锥形外筒体1温度高，锥形内筒体2温度低，二者的热变形不一致。其中锥形外筒体1变形大，锥形内筒体2变形小，锥形外筒体1相对锥形内筒体2向后端移动，而设计的锥形外筒体1和锥形内筒体2只有前端连接、后端放开，可以允许以上这种变形，避免了因热变形导致的结构应力过大现象，保证了中心锥的使用寿命。

优选地，锥形外筒体1的内环面上固定连接有加强环9，加强环9能够提高锥形外筒体1的强度，减少锥形外筒体1的变形量；锥形内筒体2上设有多孔隙环形板8，透气孔6开设于多孔隙环形板8上，多孔隙环形板8具有足够的强度，保证透气孔6在多孔隙环形板8上能够稳定流通。

优选地，透气孔6共有多组并沿着中心锥的轴线方向均匀排布，每组透气孔6均有多个并沿着中心轴的圆周方向均匀设置，通过设置多组和多个透气孔6保证冷却气在进入到气冷环槽7内后即保证在足够的均匀状态，以保证后续对中心锥能够均匀冷却。

优选地，任意相邻两组所述透气孔6均交错设置，这样能更好掺混冷却气，同时保持较好的结构强度。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种强制对流气冷中心锥，其特征在于：包括锥形外筒体(1)、锥形内筒体(2)、设于锥形外筒体(1)和锥形内筒体(2)前端的安装边(3)；

所述锥形外筒体(1)和锥形内筒体(2)同轴对应设置，所述锥形外筒体(1)与锥形内筒体(2)之间开设有气冷环槽(7)，所述气冷环槽(7)从锥形外筒体(1)的后端流出，所述锥形内筒体(2)上设有进气管(4)，所述锥形内筒体(2)对应进气管(4)内侧的位置处设有与进气管(4)连通的环形集气腔(5)，所述环形集气腔(5)与气冷环槽(7)之间设有透气孔(6)，所述环形集气腔(5)与环槽之间通过透气孔(6)相互连通；

所述锥形外筒体(1)和锥形内筒体(2)的中部和末端互不接触。

2.如权利要求1所述的强制对流气冷中心锥，其特征在于：所述锥形外筒体(1)的内环面上固定连接有加强环(9)，所述锥形内筒体(2)上设有多孔隙环形板(8)，所述透气孔(6)开设于多孔隙环形板(8)上。

3.如权利要求1所述的强制对流气冷中心锥，其特征在于：所述透气孔(6)共有多组并沿着中心锥的轴线方向均匀排布，每组所述透气孔(6)均有多个并沿着中心轴的圆周方向均匀设置。

4.如权利要求3所述的强制对流气冷中心锥，其特征在于：任意相邻两组所述透气孔(6)均交错设置。

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