CN114687888B - 一种二元矢量喷管冷却结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空燃机领域，特别涉及一种二元矢量喷管冷却结构，喷管包括圆转方段，收敛段，扩张段，三段的内侧均安装隔热屏形成具有气体通过的双层结构，圆转方段每一层的后端具有向外侧突出的第一圆弧段，所述第一圆弧段的末尾处具有向内侧突出的第二圆弧段，所述收敛段每一层的前端通过具有的与所述第二圆弧段配合的第三圆弧段与圆转方段搭接；所述收敛段每一层的后端具有向外侧突出的第四圆弧段，所述第四圆弧段的末尾处具有向内侧突出的第五圆弧段，所述扩张段每一层的前端通过具有的与所述第五圆弧段配合的第六圆弧段与收敛段搭接，高效、合理的二元矢量喷管冷却结构。

Description

一种二元矢量喷管冷却结构
技术领域
本申请属于航空燃机领域，特别涉及一种二元矢量喷管冷却结构。
背景技术
国内第三代发动机多采用轴对称收扩喷管，轴对称收扩喷管基本采用射流方式冷却方式。二元矢量喷管由于矩形流道中心更靠近燃气核心流，其壁面热负荷较轴对称喷管更大，冷却需求更为迫切，同时为降低红外辐射，提高隐身性能，必须采用更高效的冷却方式，二元矢量喷管冷却是随二元矢量喷管同步发展的一项全新的二元矢量喷管关键技术。因此设计高效、合理的冷却结构十分迫切。轴对称收扩喷管通常采用直接射流的冷却方式，其结构简单，热防护效果有限，冷却效率较低，无法满足二元矢量喷管的冷却需求，为解决这一问题，迫切需求研究一种高效、合理的二元矢量喷管冷却结构。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种高效、合理的二元矢量喷管冷却结构，针对喷管内气流的温度和压力分布情况，通过调整冷却通道结构、冷却孔结构来实现冷却气体的合理化应用。对气流从圆转方到收敛段、收敛段到扩张段采用相对滑动衔接，保证相对运动件的冷却结构。所述二元矢量喷管冷却结构，包括上壁面，下壁面以及两个侧面，所述上壁面与下壁面沿气流方向又分为圆转方段，收敛段，扩张段，所述圆转方段，收敛段，扩张段的内侧均安装隔热屏形成具有气体通过的双层结构；
圆转方段每一层的后端具有向外侧突出的第一圆弧段，所述第一圆弧段的末尾处具有向内侧突出的第二圆弧段，所述收敛段每一层的前端通过具有的与所述第二圆弧段配合的第三圆弧段与圆转方段搭接；所述收敛段每一层的后端具有向外侧突出的第四圆弧段，所述第四圆弧段的末尾处具有向内侧突出的第五圆弧段，所述扩张段每一层的前端通过具有的与所述第五圆弧段配合的第六圆弧段与收敛段搭接。
优选的是，所述双层结构中间通过“几”型支撑构件连接。
优选的是，第一圆弧段处两层的间隙小于第三圆弧段处两层的间隙。
优选的是，所述两个侧面为双层结构，其内层是用“几”型支撑构件连接的侧壁隔热屏。
优选的是，扩张段的隔热屏为双层结构。
优选的是，侧壁隔热屏在扩张段的对应位置处为双层结构。
优选的是，所述隔热屏包括多个，沿周向分段式机械连接。
优选的是，侧壁隔热屏包括多个，沿周向分段式机械连接。
优选的是，所述隔热屏均开设有冷却孔。
优选的是，所述冷却孔集中分布在第一圆弧段与第三圆弧段的前半圆弧处，也就是说所述冷却孔的分布密度在第一圆弧段的前半圆弧处与第三圆弧段的前半圆弧处大于其余位置处，所述冷却孔的孔径在第一圆弧段的前半圆弧处与第三圆弧段的前半圆弧处以及大于其余位置处。
本申请的优点包括：采用多个圆弧段的配合连接，首先是第一圆弧段与第三圆弧段，第一圆弧段与第三圆弧段之间的间隙通过各种方式产生不同的间隙，间隙呈阶梯变化，可以使间隙的整体压力和温度得到对应环境的调整，此外，第一圆弧段与第三圆弧段的末端分别有第二圆弧段与第五圆弧段，第一圆弧段与第二圆弧段、第三圆弧段与第五圆弧段能够之间通过相切连接，能够形成平滑的型面，并且所述型面为凹陷的，而第三圆弧段与第六圆弧段有与其配合的型面，能够在凹陷处配合卡接，并且能够通过第三圆弧段与第六圆弧段的不同曲率改变连接方式，例如当第二圆弧段与第三圆弧段的曲率相同，就会产生旋转运动副，当第二圆弧段与第三圆弧段的曲率不相同，就会产生高副，所述高副包括旋转副和移动副，有利于调整所述喷管的运动；同时，在第一圆弧段与第三圆弧段的前半段，在气流经过时产生负压，所述负压处开设多个冷却孔有利于增加冷却气的流入，因为是负压面不会产生热气穿过隔热屏情况。本结构高效、合理的，结构简单，可靠性高，能够适应圆转方、收敛段低压差和扩张段高压差环境，实现对二元矢量喷管结构件良好的冷却功能，同时能够满足二元矢量喷管的矢量运动。
附图说明
图1是一种二元矢量喷管冷却结构；
图2一种二元矢量喷管冷却结构示意图；
图3一种二元矢量喷管侧壁内的支撑构件(5)结构示意图；
图4一种二元矢量喷管冷却通道的沿程压力分布；
其中，1-圆转方段隔热屏，2-收敛段隔热屏，3-扩张段隔热屏，4-侧壁隔热屏，5-支撑构件。
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方式中的附图，对本申请实施方式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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
如图1～2所示，本发明的目的是提供一种高效的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于：圆转方段隔热屏1、收敛段隔热屏2、扩张段隔热屏3、侧壁隔热屏4、支撑构件5组成。其特征在于：圆转方段隔热屏1位于二元矢量喷管的圆转方段内侧，并且圆转方段隔热屏1外壁面与圆转方段内壁面留有空间，圆转方段隔热屏1与圆转方段通过支撑构件5机械固定连接方式固定，圆转方段隔热屏1后段带有弯边，弯边的外壁面为圆弧面，与圆转方段内壁面形成圆弧通道；收敛段隔热屏2位于二元矢量喷管的收敛调节片内侧，并且收敛段隔热屏2外壁面与收敛调节片内壁面留有空间，收敛段隔热屏2与收敛调节片通过支撑构件5机械固定连接方式固定，收敛段隔热屏2前段带有弯边，弯边为圆弧面，弯边的内壁面与圆转方段隔热屏1后段弯边的外壁面贴合，当二元矢量喷管进行收扩运动时，收敛段隔热屏2前段在圆转方段隔热屏1后段和圆转方段组成的空间内滑动；收敛段隔热屏2后段为鹤式弯边结构，后段弯边为圆弧面；扩张段隔热屏3位于二元矢量喷管的扩张调节片内侧，并且扩张段隔热屏3外壁面与扩张调节片内壁面留有空间，扩张段隔热屏3与扩张调节片通过支撑构件5机械固定连接方式固定，扩张段隔热屏3前段带有弯边，弯边为圆弧面，弯边的内壁面与收敛段隔热屏2后段弯边的外壁面贴合，当二元矢量喷管进行收扩或矢量运动时，扩张段隔热屏3前段在收敛段隔热屏2后段和收敛调节片组成的空间内滑动；侧壁隔热屏4位于二元矢量喷管的侧壁内侧，并且侧壁隔热屏4外壁面与侧壁内壁面留有空间，侧壁隔热屏4与侧壁通过支撑构件5机械固定连接方式固定；支撑构件5为“几”型结构，如图3所示，用于隔热屏与二元矢量喷管结构件的固定连接，沿喷管周向分布；圆转方段隔热屏1的外壁面、收敛段隔热屏2的外壁面、扩张段隔热屏3的外壁面、侧壁隔热屏4的外壁面和二元矢量喷管的结构件组成冷却流路，实现对二元矢量喷管的结构件的冷却。
所述其特征在于：圆转方段隔热屏1、收敛段隔热屏2、扩张段隔热屏3、侧壁隔热屏4开有冷却孔，其中圆转方段隔热屏1、收敛段隔热屏2、收敛段隔热屏2对应的侧壁隔热屏4区域为单层屏，扩张段隔热屏3、扩张段隔热屏3对应的侧壁隔热屏4区域为双层屏，可匹配于圆转方、收敛段低压差环境和扩张段高压差环境。其中，圆转方段隔热屏1沿周向为分段式结构，分段数量为5件，每段之间通过机械固定连接方式连接。
在一些可选实施方案中：收敛段隔热屏2沿周向为分段式结构，分段数量为1～10件，每段之间通过机械固定连接方式连接。
在一些可选实施方案中：扩张段隔热屏3沿周向为分段式结构，分段数量为1～10件，每段之间通过机械固定连接方式连接。
在一些可选实施方案中：侧壁隔热屏4沿周向为分段式结构，分段数量为1～10件，每段之间通过机械固定连接方式连接。
在一些可选实施方案中：用于圆转方段隔热屏1的支撑构件5沿轴向分布1～3组，每组沿周向分布3～30件。
在一些可选实施方案中：用于收敛段隔热屏2的支撑构件5沿展向分布2～10件。
在一些可选实施方案中：用于扩张段隔热屏3的支撑构件5沿展向分布2～10件。
在一些可选实施方案中：用于侧壁隔热屏4的支撑构件5沿展向分布2～10件。
所述其优点在于：本发明设计一种高效、合理的二元矢量喷管冷却结构，结构简单，可靠性高，能够适应圆转方、收敛段低压差和扩张段高压差环境，实现对二元矢量喷管结构件良好的冷却功能，如图4所示，实际测试效果的压力图明显得到改善，同时能够满足二元矢量喷管的矢量运动。
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 (10)

1.一种二元矢量喷管冷却结构，包括上壁面，下壁面以及两个侧面，所述上壁面与下壁面沿气流方向又分为圆转方段，收敛段，扩张段，其特征在于：
所述圆转方段，收敛段，扩张段的内侧均安装隔热屏形成具有气体通过的双层结构；
圆转方段每一层的后端具有向外侧突出的第一圆弧段，所述第一圆弧段的末尾处具有向内侧突出的第二圆弧段，所述收敛段每一层的前端通过具有的与所述第二圆弧段配合的第三圆弧段与圆转方段搭接；所述收敛段每一层的后端具有向外侧突出的第四圆弧段，所述第四圆弧段的末尾处具有向内侧突出的第五圆弧段，所述扩张段每一层的前端通过具有的与所述第五圆弧段配合的第六圆弧段与收敛段搭接。
2.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述双层结构中间通过支撑构件连接，所述支撑构件为“几”型。
3.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，第一圆弧段处双层结构之间的间隙小于第三圆弧段处双层结构之间的间隙。
4.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述两个侧面为双层结构，其内层为侧壁隔热屏(4)，所述双层结构中间通过支撑构件连接，所述支撑构件为“几”型。
5.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，扩张段的隔热屏包括两层，两层隔热屏层叠布置。
6.如权利要求4所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，侧壁隔热屏(4)在扩张段的对应位置处为层叠的两层。
7.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述隔热屏包括沿周向分布的多个分段，相邻两个分段之间机械连接。
8.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，侧壁隔热屏(4)包括沿周向分布的多个分段，相邻两个分段之间机械连接。
9.如权利要求1所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述隔热屏开设有冷却孔。
10.如权利要求9所述的二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述冷却孔集中分布在第一圆弧段与第三圆弧段的前半圆弧处。
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