CN214930566U - 一种机翼蒙皮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机翼蒙皮，包括作为机翼蒙皮主体结构的芯子组件，液体进口罩，液体出口罩，加强筋，安装组件和回流罩，芯子组件的外表面用作机翼外蒙皮曲面，芯子组件内包含用于换热介质流动的换热流道；液体进口罩和液体出口罩连接在芯子组件的换热介质进口和出口处，当多块芯子组件相互连接形成机翼蒙皮时，加强筋位于相邻两块芯子组件的连接处；安装组件位于芯子组件的边缘，其上加工有连接结构；回流罩位于相邻两块芯子组件之间，且同时与两块芯子组件的换热流道相连，换热介质从其中一个芯子组件经回流罩流入另一个芯子组件。本实用新型使得飞机结构更加紧凑、轻巧、合理，优化了飞机结构的同时提供了新的机翼蒙皮换热思路。

Description

一种机翼蒙皮

技术领域

本实用新型属于飞机飞行控制和环控系统技术领域，具体是用于飞机飞行控制和环控系统的新型异形曲面的蒙皮散热器，特别是在不同的马赫数下飞行的飞机机翼蒙皮，其具备飞机机翼蒙皮飞行动力平衡的功能和散热器的功能。

背景技术

液冷散热器是为飞机的环控系统配套的冷却附件，对高温冷却液、高温液压油或高温滑油等高温液体进行冷却，保证高温液体的温度在要求的工作温度范围内正常工作。通常此类散热器安装在机腹内，由涡轮或电机风扇驱动产生的冲压冷空气冷却高温冷却液体，该类常规的散热器零部件多，结构在系统安装连接中较复杂，安装空间大，增加飞机总重量，尤其是对于在低于1马赫数下飞行的飞机，其结构轻巧化、紧凑化受到的影响大。

当飞机在2.5马赫以上的高空飞行时，由于高速飞行中空气与飞机机翼蒙皮产生大量的热量来不及散发，导致飞机蒙皮温度急剧升高可能达到500℃以上，机翼蒙皮材料耐温性不足出现温障，机翼材料结构强度减弱，刚度降低，使飞机外形受到破坏，甚至发生灾难性的颤动，必须采取防热措施，常规做法是在机翼外表面采用耐热材料、加装隔热设备或采用耐高温比重大的材料等，此方案大大增加了飞机的体积和重量。

常规的飞机机翼蒙皮在飞机飞行中仅起到获得动力、平衡支撑等作用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型旨在提供一种机翼蒙皮，既具备常规蒙皮获得动力、用于平衡支撑以及作为承压结构的功能，又具备在不同马赫数飞行下的换热功能，降低飞机机翼因设置耐热、隔热材料造成的体积占用大、自重大的问题，确保机翼蒙皮在正常工作温度范围内工作。进一步，将常规设置在机腹内的液冷散热器替换为机翼处的蒙皮散热器，为飞机飞行控制和环控系统的设计提供新的思路，简化现有飞机飞行控制和环控系统的复杂度。

本实用新型是通过如下方案予以实现的：

一种机翼蒙皮，包括，

作为机翼蒙皮主体结构的芯子组件，所述芯子组件的外表面用作机翼外蒙皮曲面，芯子组件内包含用于换热介质流动的换热流道；

液体进口罩，所述液体进口罩与芯子组件内换热流道的入口端连接，换热介质从液体进口罩进入芯子组件内换热流道；

液体出口罩，所述液体出口罩与芯子组件内换热流道的出口端连接，芯子组件内换热流道中的换热介质从液体出口罩流出；

加强筋，当多块所述芯子组件相互连接形成机翼蒙皮时，所述加强筋位于相邻两块芯子组件的连接处；

安装组件，所述安装组件位于所述芯子组件的边缘，其上加工有连接结构；

回流罩，所述回流罩位于相邻两块芯子组件之间，且同时与两块芯子组件内的换热流道相连，换热介质从其中一个芯子组件经回流罩流入另一个芯子组件。

作为一种选择，所述芯子组件为带外延伸板形状的口琴管，口琴管的内孔作为换热流道。

作为一种选择，所述口琴管的内孔截面形状为矩形、梯形、平行四边形、三角形、圆形或椭圆形。

作为一种选择，所述口琴管为热加工成形或3D打印成形。

作为一种选择，所述芯子组件的材质为6063、6061铝材或TC56钛合金。

作为一种选择，所述液体进口罩和液体出口罩为低流阻、高强度的流线形液体收集结构，即具备低流阻的流线造型的结构都可以作为液体进口罩和液体出口罩设计造型。

作为一种选择，所述液体进口罩和液体出口罩采用机械加工或3D打印成形。

作为一种选择，所述回流罩为钛合金、不锈钢或高温合金机加成形的曲面结构件，由曲面结构成型的回流罩用于将不同芯子组件内的换热介质转移。

作为一种选择，所述芯子组件、液体进口罩、液体出口罩、加强筋、安装组件和回流罩之间通过焊接相连，或者所述芯子组件、液体进口罩、液体出口罩、加强筋和安装组件通过3D打印一体成形后通过螺栓与回流罩连接。

作为一种选择，机翼蒙皮还包括导流翼尖，所述导流翼尖位于芯子组件之上，且导流翼尖通过焊接或螺栓连接与芯子组件相连，导流翼尖连接在芯子组件的外表面。

采用上述机翼蒙皮的换热方法如下，

当飞机在1马赫以下的低马赫数飞行时，以机外冲压冷空气为冷却介质，对芯体组件内换热流道中的高温液体进行冷却，冷却后的低温液体用于冷却环控系统的电子原器件或其它高温部件或高温流体；

当飞机在2.5马赫数以上的高马赫数飞行时，采用芯体组件内换热流道中的低温液体对机翼蒙皮外表面进行换热降温，降低机翼蒙皮温度。

与现有技术相比，本实用新型具备以下优点：提供了一种用于飞机飞行控制和环控系统的新型异形曲面的蒙皮散热器，用于飞机飞行控制和环控系统，充分利用机翼蒙皮的空间，简化了传统环控系统液冷散热器的设计结构，同时实现了两种换热功能：

功能1：当飞机在1马赫以下的低马赫数飞行时，以机外冲压冷空气为冷却介质，对高温液体进行冷却，冷却后的低温液体用于冷却环控系统的电子原器件或其它高温部件或高温流体，同时散热器也作为飞机的机翼蒙皮使用，减少了涡轮或电机风扇部件。

功能2：当飞机在2.5马赫数以上的高马赫数飞行时，由于高速飞行摩擦生热产生高温，导致蒙皮的温度达到500℃以上，使蒙皮材料产生温障降低强度，采用异形曲面的蒙皮散热器利用低温液体进行散热降温，降低飞机蒙皮温度，减少隔热材料、耐高温比重大的材料的使用，减轻飞机重量。本实用新型的应用使得飞机结构更加紧凑、轻巧、合理，优化了飞机结构。

本实用新型的创新之处包括：

第一，在机翼蒙皮处设计了换热结构，将换热结构与蒙皮结构一体化；

第二，不同的飞行速度下有不同的换热方式；

第三，简化了现有环控系统液冷换热器的结构，改变了现有环控系统液冷换热器的设计思路；

第四，换热结构还可推广应用到飞机其它位置的蒙皮结构上。

附图说明

图1本实用新型的机翼蒙皮结构组成示意图；

图2为散热芯子口琴管不同内孔形状的结构示意图；

图3为芯子组件结构示意图和局部放大图；

图4为液体进、出口罩结构示意图；

图5为加强筋结构示意图；

图6为回流罩结构示意图；

图中：1-芯子组件，2-液体进口罩，3-液体出口罩，4-加强筋，5-安装组件，6-回流罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但不应就此理解为本实用新型所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本实用新型的范围内。

本实施例中提供了一种机翼蒙皮，该机翼蒙皮为新型异形曲面的蒙皮散热器结构，可实现两种换热功能：

功能1：当飞机在1马赫以下的低马赫数飞行时，利用飞机外的冲压冷空气，对高温液体进行冷却，该散热器起到加热功能；

功能2：当飞机在2.5马赫数以上的高马赫数飞行时，利用低温液体带走飞机机翼蒙皮的热量降低蒙皮的温度，该散热器起到散热功能。

如图1和图3所示，一种用于可散热机翼蒙皮的新型异形曲面的蒙皮散热器结构，其主要由芯子组件1、液体进口罩2、液体出口罩3、加强筋4、安装组件5和回流罩6组成。芯子组件1、液体进口罩2、液体出口罩3、加强筋4、安装组件5、回流罩6之间可以通过氩弧焊焊接连接形成机翼蒙皮整体，也可以采用3D打印方式整体打印出芯子组件1、液体进口罩2、液体出口罩3、加强筋4、安装组件5，最后与导流翼尖通过焊接或螺栓联接后形成异形曲面的机翼蒙皮形状的整体。

如图2和图3，芯子组件1为异形曲面，是产品的关键功能件和承压结构件，散热主体为带外延伸板形状的口琴管，可直接作为外蒙皮曲面，采用热加工成形，口琴管孔的形状可为矩形、梯形、平行四边形、三角形、圆形、椭圆形等。

异形曲面的蒙皮散热器为结构紧凑、散热效率较高的异形曲面的口琴管冷板式散热器，材质可以为6063或6061铝合金、TC65钛合金等传热性能较好、加工工艺性好、结构轻巧、强度较高的材料。异形曲面指可以是圆弧形、椭圆形或其它流线形曲面等。

液体进口罩2、液体出口罩3为结构紧凑重量轻巧、流线形好流阻低、强度高的收集室，采用机械加工或3D打印。

安装组件5是芯子组件1边缘的安装边，作为安装连接结构。

回流罩6的作用就是把相邻芯子组件1中的换热流体介质连通，起到过渡、导流的作用。

导流翼尖，是新型曲面蒙皮散热器的翼尖部分，起到飞机动力平衡的作用，采用耐较高温度的钛合金、不锈钢或高温合金机加而成所需的曲面形状，采用螺栓与异形曲面蒙皮散热器主体联接，即固定在芯子组件1作为蒙皮的外表面上。

根据产品工作及环境条件，要求型异形曲面的蒙皮散热器结构轻巧、传热效率高、具备一定的强度、耐温性好、钎焊性和氩弧焊性能好，因此芯子组件1、液体进口罩2、液体出口罩3、加强筋4、安装组件5主要材料采用6063、6061铝材或TC56钛合金。

与现有机翼蒙皮和液冷换热器设计相比，本实施例中机翼蒙皮的特点包括：

1)结构紧凑的曲面蒙皮散热器：如图1所示，芯子组件1外表面为机翼曲面蒙皮，内侧为冷却液流动的散热口琴管。

2)高效的带外延伸板形状的口琴管结构：如图2所示，为带外延伸板形状的口琴管，口琴管的外表面可直接作为外蒙皮曲面，既可采用热加工成形，也可以采用3D打印而成，口琴管内孔的形状可为矩形、梯形、平行四边形、三角形、圆形、椭圆形等。需要说明的是，外延伸板为图2中口琴管不包含管孔的部分，即左右两侧的板状延伸结构。

3)紧凑的液体进出口罩：如图3所示，为结构紧凑、流动性好的液体进口罩2、液体出口罩3结构，采用机械加工或3D打印。

4)加强筋4作为芯子组件1连接处的强化结构，其用于增加芯子组件1连接处的材料厚度，从而提高连接强度。

5)耐高温的导流翼尖：为导流性好、流阻小、结构强度高的曲面形导流翼尖，采用耐高温、强度高的的钛合金、不锈钢或高温合金，导流翼尖的形状为常规翼尖，此处不再赘述。

如图1和图3所示，采用四块芯子组件1按序依次连接形成了部分机翼蒙皮，芯子组件1为图2和图3所示的弧形曲面口琴板，口琴板的边缘有外延伸板用于安装连接，芯子组件1的弧形曲面外表面直接作为机翼蒙皮曲面，芯子组件1内侧的口琴板内孔作为换热介质的流动通道，相邻芯子组件1的连接处通过图5中的加强筋4进行加固，加强筋4呈T形截面，包括主筋和主筋两侧的安装连接边，安装连接边分别与两块芯子组件1的外延伸板连接，主筋厚度较大，用于强化连接处的强度。如图1，第一块芯子组件1的口琴板内孔进口与液体进口罩2连接，第四块芯子组件1的口琴板内孔出口与液体出口罩3连通，第一块、第二块、第三块和第四块芯子组件1的口琴板内孔其余进、出口通过回流罩6进行连通连接，实现换热介质从液体进口罩2流入，经过口琴板内孔流道、回流罩6后最终从液体出口罩3流出。如图4，液体进口罩2和液体出口罩3作为液体收集室，具有集液腔体和进、出接口，如图6，回流罩6作为液体收集室同样具有集液腔体，且液体进口罩2、回流罩6和液体出口罩3的结构形状具备流阻低、流线形好、强度高的特点。

Claims (7)

1.一种机翼蒙皮，其特征在于：包括，

作为机翼蒙皮主体结构的芯子组件(1)，所述芯子组件(1)的外表面用作机翼外蒙皮曲面，芯子组件(1)内包含用于换热介质流动的换热流道；

液体进口罩(2)，所述液体进口罩(2)与芯子组件(1)内换热流道的入口端连接，换热介质从液体进口罩(2)进入芯子组件(1)内换热流道；

液体出口罩(3)，所述液体出口罩(3)与芯子组件(1)内换热流道的出口端连接，芯子组件(1)内换热流道中的换热介质从液体出口罩(3)流出；

加强筋(4)，当多块所述芯子组件(1)相互连接形成机翼蒙皮时，所述加强筋(4)位于相邻两块芯子组件(1)的连接处；

安装组件(5)，所述安装组件(5)位于所述芯子组件(1)的边缘，其上加工有连接结构；

回流罩(6)，所述回流罩(6)位于相邻两块芯子组件(1)之间，且同时与两块芯子组件(1)内的换热流道相连，换热介质从其中一个芯子组件(1)经回流罩(6)流入另一个芯子组件(1)。

2.根据权利要求1所述的一种机翼蒙皮，其特征在于：所述芯子组件(1)为带外延伸板形状的口琴管，口琴管的内孔作为换热流道。

3.根据权利要求2所述的一种机翼蒙皮，其特征在于：所述口琴管的内孔截面形状为矩形、梯形、平行四边形、三角形、圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的一种机翼蒙皮，其特征在于：所述液体进口罩(2)和液体出口罩(3)为流线形液体收集结构。

5.根据权利要求1所述的一种机翼蒙皮，其特征在于：所述回流罩(6)为曲面结构件。

6.根据权利要求1所述的一种机翼蒙皮，其特征在于：所述芯子组件(1)、液体进口罩(2)、液体出口罩(3)、加强筋(4)、安装组件(5)和回流罩(6)之间通过焊接相连，或者所述芯子组件(1)、液体进口罩(2)、液体出口罩(3)、加强筋(4)和安装组件(5)通过3D打印一体成形后通过螺栓与回流罩(6)连接。

7.根据权利要求1所述的一种机翼蒙皮，其特征在于：还包括导流翼尖，所述导流翼尖位于芯子组件(1)之上，且导流翼尖通过焊接或螺栓连接与芯子组件(1)相连。

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