CN115013182A - 一种高效冷却的喷气发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高效冷却的喷气发动机，包括内锥体和与内锥体连接的锥尖；所述内锥体的一端设有内锥体前安装边，另一端设有内锥体后安装边，锥尖的一端设有锥尖安装边，锥尖安装边与内锥体后安装边连接；所述内锥体内设有气膜环主体，气膜环主体的一端与内锥体前安装边连接，另一端通过气膜环挡板与内锥体后安装边连接；所述内锥体外依次套接有的喷管和冷却罩，喷管的一端设有喷管前安装边，冷却罩的一端设有冷却罩前安装边，冷却罩前安装边与喷管前安装边连接。本发明具有双模态冷却功能，在锥体腔体内还设计一带有大量冷却气膜孔的气膜环，可达到冷却显著的效果，其零件数量少，结构简单，工作可靠，性能优异，适用范围较广，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效冷却的喷气发动机，属于航空发动机排气装置结构设计领域。
背景技术
简单可靠的结构，高效强化的冷却，准确控制的壁温，对喷气式发动机排气装置提出了越来越苛刻的要求，特别是随着涡轮后排气温度越来越高，排气装置的内锥体所承受的温度载荷越来越重，喷管的壁温也越来越高，尤其是在发动机核心机试验中，内锥体和喷管直接承受涡轮后更高温度的燃气冲击，内锥体和喷管的壁温已逼近甚至超过传统材料的耐温极限，对排气装置的耐温能力和结构强度提出极高的要求。
传统的喷气发动机排气装置未设计或者只设计少量的冷却功能，特别是喷气发动机核心机试验中，传统的排气装置已不能承受涡轮后的高温燃气产生的热载荷。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效冷却的喷气发动机，该高效冷却的喷气发动机具有双模冷却功能的喷气发动机排气功能，其冷却效果更优异，壁温更低，结构简单，性能更优异。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种高效冷却的喷气发动机，包括内锥体和与内锥体连接的锥尖；所述内锥体的一端设有内锥体前安装边，另一端设有内锥体后安装边，锥尖的一端设有锥尖安装边，锥尖安装边与内锥体后安装边连接；所述内锥体内设有气膜环主体，气膜环主体的一端与内锥体前安装边连接，另一端通过气膜环挡板与内锥体后安装边连接；所述内锥体外依次套接有的喷管和冷却罩，喷管的一端设有喷管前安装边，冷却罩的一端设有冷却罩前安装边，冷却罩前安装边与喷管前安装边连接；所述冷却罩的边缘设有多个进气管，每个进气管的端口均设有进气管堵盖。
所述内锥体和喷管之间留有间隙，形成气膜通道，冷却罩与喷管之间留有间隙，形成冷却通道夹层。
所述内锥体、内锥体前安装边、内锥体后安装边形成内锥体前段，锥尖和锥尖安装边形成内锥体后段。
所述内锥体前段和内锥体后段组合成完整的锥体。
所述气膜环主体由依次连接的气膜环前安装边、气膜环、气膜环后安装边组成，气膜环前安装边与内锥体前安装边连接，气膜环后安装边通过气膜环挡板与内锥体后安装边连接。
多个进气管沿冷却罩的中心圆周分布。
所述气膜环上设有多个均匀分布的冷却气膜孔，锥尖上设有多个均匀分布的排气孔。
所述冷却罩前安装边与喷管前安装边之间设有挡环，挡环与冷却罩、喷管之间留有间隙。
所述喷管前安装边上沿周向开设有通气孔。
所述气膜环与锥体形成环形冷却通道。
本发明的有益效果在于：具有双模态冷却功能，在涡轮后温度较低时，则额外冷却气不接通，只引入外涵气流冷却喷管，喷管由外涵气流冷却，在涡轮后温度较高时，则额外冷却气接通，除了引入外涵冷却气外，还通过进气管引入台架、机舱或者其他额外的冷却气，与外涵冷却气掺混后进一步冷却喷管；在锥体腔体内设计一带有大量冷却气膜孔的气膜环，将来自涡轮支撑的冷却气引入气膜环并经过气膜孔冲击冷却锥体，达到冷却高温锥体的目的；冷却效果显著，零件数量少，结构简单，工作可靠，性能优异，适用范围较广，实用性强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的剖面图；
图3是图2中A处放大图；
图4是图2中B处放大图；
图5是图2中C处放大图；
图6是进气管未通气状态的冷却原理流路；
图7是进气管通气状态的冷却原理流路；
图中：1-冷却罩前安装边，2-进气管堵盖，3-进气管，4-挡环，5-喷管前安装边，6-冷却罩，7-喷管，8-内锥体，9-锥尖，10-内锥体前安装边，11-气膜环前安装边，12-气膜环，13-气膜环挡板，14-气膜环后安装边，15-内锥体后安装边，16-锥尖安装边。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1
如图1～5所示的一种高效冷却的喷气发动机，包括内锥体8和与内锥体8连接的锥尖9；所述内锥体8的一端设有内锥体前安装边10，另一端设有内锥体后安装边15，锥尖9的一端设有锥尖安装边16，锥尖安装边16与内锥体后安装边15连接；所述内锥体8内设有气膜环主体，气膜环主体的一端与内锥体前安装边10连接，另一端通过气膜环挡板13与内锥体后安装边15连接；所述内锥体8外依次套接有的喷管7和冷却罩6，喷管7的一端设有喷管前安装边5，冷却罩6的一端设有冷却罩前安装边1，冷却罩前安装边1与喷管前安装边5连接；所述冷却罩6的边缘设有多个进气管3，每个进气管3的端口均设有进气管堵盖2。
所述内锥体8和喷管7之间留有间隙，形成气膜通道，冷却罩6与喷管7之间留有间隙，形成冷却通道夹层。
所述内锥体8、内锥体前安装边10、内锥体后安装边15形成内锥体前段，锥尖9和锥尖安装边16形成内锥体后段。
所述内锥体前段和内锥体后段组合成完整的锥体。
所述气膜环主体由依次连接的气膜环前安装边11、气膜环12、气膜环后安装边14组成，气膜环前安装边11与内锥体前安装边10连接，气膜环后安装边14通过气膜环挡板13与内锥体后安装边15连接。
多个进气管3沿冷却罩6的中心圆周分布。
所述气膜环12上设有多个均匀分布的冷却气膜孔，锥尖9上设有多个均匀分布的排气孔，锥体内的冷却气流通过锥尖表面的排气孔排出。
所述冷却罩前安装边1与喷管前安装边5之间设有挡环4，挡环4与冷却罩6、喷管7之间留有间隙。
所述喷管前安装边5上沿周向开设有通气孔。
所述气膜环12与锥体形成环形冷却通道，来自涡轮支撑的气流通过气膜环上的冷却气膜孔冲击冷却锥体。
本装置具有双模态冷却模式，涡轮后燃气温度较低则由冷却罩和喷管间的冷却通道夹层内的外涵气流冷却喷管；涡轮后燃气温度较高则由冷却罩和喷管间的冷却通道夹层内的外涵气流及通过进气管流入的额外冷却气流掺混后共同冷却喷管。
实施例2
采用实施例1的方案，并且：
冷却罩前安装边1和喷管7连接，并通过冷却罩前安装边1与排气装置上游(低压涡轮支撑)相连，不通气状态，进气管堵盖2盖住进气管3，通气状态，打开进气管堵盖2，进气管3与喷管7连接，环状的挡环4前端与喷管7连接，并保证与喷管7和内锥体8之间留有一定间隙，可通过气流；喷管前安装边5与喷管7相连接，并与冷却罩前安装边1相连，且共同与排气装置上游相连；内锥体8通过内锥体前安装边10和内锥体后安装边15的连接，形成一个内锥体前段，锥尖9通过与锥尖安装边16相连形成内锥体后段，内锥体前段和内锥体后段组合成完整的锥体；气膜环前安装边11、气膜环12和气膜环后安装边14构成气膜环主体，气膜挡板13通过与气膜环后安装边14相连，对气膜环后端进行封堵。
如图6所示，额外冷却气未接通状态，进气管堵盖2堵住进气管3，台架、机舱或其他额外气源冷却气不能通过进气管3进入冷却罩6和喷管7之间的冷却通道夹层，夹层只能通过喷管前安装边5流过来自外涵的冷却气流，达到冷却喷管7壁温的目的，涡轮后的高温燃气通过喷管7与内锥体8之间的燃气通道排出；气膜环12表面开一定数量、孔径不一的冷却气膜孔，气膜环挡板13对气膜环主体的尾部进行封堵，来自涡轮支撑的高温气体通过气膜环主体前端进入气膜环内腔而不能通过气膜挡板13，并通过气膜环12表面的冷却气膜孔冲击冷却锥体，随后随气膜环主体与喷管7之间的气膜通道往下游流入锥尖9内，最后通过锥尖9表面的排气孔排出。
如图7所示，额外冷却气接通状态，进气管堵盖2未堵住进气管3，来处台架、机舱或其他额外气源冷却气通过进气管3进入冷却罩6和喷管7之间的冷却通道夹层，挡环4位于夹层内，且与冷却罩6和喷管7之间均保持一定间隙，相互不干涉，通过喷管前安装边5流过的来自外涵的冷却气流和通过进气管3流入的额外冷却气在挡环4后混合并共同通过冷却通道夹层冷却喷管7，并排出，锥体的冷却和气膜环主体内的气流的流路与图6所示额外冷却所未接通状态相同。
实施例3
采用实施例2的方案，并且：
将气膜环主体与内锥体前段通过各自前安装相对应的安装孔连接于涡轮支撑上，将气膜挡板13和气膜环后安装边14通过各自相对应的安装孔相连，将内锥体后段通过内锥体后安装边15和锥尖安装边16各自相对应的安装孔连接。
将进气管堵盖2堵住进气管3，进气管3与冷却罩6连接，挡环4通过焊接、铆接、螺栓等连接方式与冷却罩6前端连接，不与能冷却罩6壁面干涉；冷却罩前安装边1沿周向开连接孔，并与冷却罩6连接，喷管前安装边5沿周向开通气孔和连接孔，并与喷管7相连，冷却罩前安装边1和喷管前安装边5通过连接相应对的连接孔和连接件连接。
本发明通过在内锥体内设置一气膜环，将来自涡轮支撑内的冷气引入内锥体内，经气膜孔喷射出的冷气冲击内锥体内表面达到冷却内锥的目的；通过在喷管外表面包套一环形冷却罩，将来自外涵的的冷却气引入喷管和冷却罩之间的流道，达到冷却喷管外表面的目的；在发动机大推力状态、大功率或者大热负荷状态，打开安装在冷却罩外表面的进气管堵盖，将来自台架、机舱或者其他额外冷却气引入喷管和冷却罩的流道，进一步降低喷管表面壁温。
Claims (10)
1.一种高效冷却的喷气发动机，包括内锥体(8)和与内锥体(8)连接的锥尖(9)，其特征在于：所述内锥体(8)的一端设有内锥体前安装边(10)，另一端设有内锥体后安装边(15)，锥尖(9)的一端设有锥尖安装边(16)，锥尖安装边(16)与内锥体后安装边(15)连接；所述内锥体(8)内设有气膜环主体，气膜环主体的一端与内锥体前安装边(10)连接，另一端通过气膜环挡板(13)与内锥体后安装边(15)连接；所述内锥体(8)外依次套接有的喷管(7)和冷却罩(6)，喷管(7)的一端设有喷管前安装边(5)，冷却罩(6)的一端设有冷却罩前安装边(1)，冷却罩前安装边(1)与喷管前安装边(5)连接；所述冷却罩(6)的边缘设有多个进气管(3)，每个进气管(3)的端口均设有进气管堵盖(2)。
2.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述内锥体(8)和喷管(7)之间留有间隙，形成气膜通道，冷却罩(6)与喷管(7)之间留有间隙，形成冷却通道夹层。
3.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述内锥体(8)、内锥体前安装边(10)、内锥体后安装边(15)形成内锥体前段，锥尖(9)和锥尖安装边(16)形成内锥体后段。
4.如权利要求3所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述内锥体前段和内锥体后段组合成完整的锥体。
5.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述气膜环主体由依次连接的气膜环前安装边(11)、气膜环(12)、气膜环后安装边(14)组成，气膜环前安装边(11)与内锥体前安装边(10)连接，气膜环后安装边(14)通过气膜环挡板(13)与内锥体后安装边(15)连接。
6.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：多个进气管(3)沿冷却罩(6)的中心圆周分布。
7.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述气膜环(12)上设有多个均匀分布的冷却气膜孔，锥尖(9)上设有多个均匀分布的排气孔。
8.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述冷却罩前安装边(1)与喷管前安装边(5)之间设有挡环(4)，挡环(4)与冷却罩(6)、喷管(7)之间留有间隙。
9.如权利要求1所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述喷管前安装边(5)上沿周向开设有通气孔。
10.如权利要求5所述的高效冷却的喷气发动机，其特征在于：所述气膜环(12)与锥体形成环形冷却通道。
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|---|---|---|---|
| CN202210689484.XA CN115013182A (zh) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | 一种高效冷却的喷气发动机 |
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| CN (1) | CN115013182A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115614173A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-01-17 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种径向搭接轴向插接内锥体安装边结构 |
-
2022
- 2022-06-17 CN CN202210689484.XA patent/CN115013182A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN115614173A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-01-17 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种径向搭接轴向插接内锥体安装边结构 |
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