CN215707084U - 一种机载蒙皮换热器及具有其的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种机载蒙皮换热器及具有其的飞行器，蒙皮换热器设于飞行器，并与飞行器对应部位采用一体化共形设计，蒙皮换热器包括：多片换热单元、加强条和多个分集液罩，换热单元为与飞行器对应部位的曲率相同的弧形，任意相邻的两片换热单元通过加强条固定连接，两片相邻的换热单元的端部设有分集液罩，并通过分集液罩汇流转向及连通。其中，位于两端的换热单元分别设有与液冷系统连接的冷却液进口端和冷却液出口端，冷却液经冷却液进口端依次流经多片换热单元进行热量交换后，从冷却液出口端流出。该蒙皮换热器满足与机体表面半圆弧形曲率共形一体化、减少气动阻力及低飞行代偿损失等要求，采用一体化成型工艺制造，可靠性高。

Description

一种机载蒙皮换热器及具有其的飞行器

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，尤其涉及一种机载蒙皮换热器及具有其的飞行器。

背景技术

随着机载任务电子系统的功率密度不断提高，舱内电子设备热负载不断增加，大量的热量需要交换至飞机舱外环境中，保障电子器件正常高可靠的工作温度。目前，基于液冷技术的冷却循环系统是任务电子系统重要的散热系统。该系统通过不断连续的提供一定温度、流量、压力的冷却液从电子设备中带出热量，带出热量的冷却液经换热器与外界冷空气进行二次散热。其中，换热器作为二次散热装置的重要部件，其与外界冷空气热交换能力决定着机载任务系统总散热量。

目前，机载任务系统热管理系统的二次散热装置采用常规的空气制冷环控系统模式，气液换热器冷边主要引入大量的外界冲压冷却空气量或发动机引气量，冷空气进口尺寸、位置、引风结构型式会影响着冷空气引气量、总压恢复、飞机代偿损失及飞行阻力等特性，最终会影响着航程与航时。同时，随着任务系统热负载的不断增大，机上热沉资源也越来越紧张，通过简单的增大气液换热器的尺寸、重量，提高系统换热能力，系统付出代价较大，最终会降低载机综合能力。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何提高机载蒙皮换热器设计的合理性，本实用新型提出一种机载蒙皮换热器及具有其的飞行器。

根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器，所述蒙皮换热器设于飞行器，并与所述飞行器对应部位采用一体化共形设计，所述蒙皮换热器包括：

多片换热单元，所述换热单元为与飞行器对应部位的曲率相同的弧形；

加强条，任意相邻的两片所述换热单元通过所述加强条固定连接；

多个分集液罩，两片相邻的所述换热单元的端部设有所述分集液罩，并通过所述分集液罩汇流转向及连通；

其中，位于两端的所述换热单元分别设有与液冷系统连接的冷却液进口端和冷却液出口端，冷却液经所述冷却液进口端依次流经多片所述换热单元进行热量交换后，从所述冷却液出口端流出。

根据本实用新型的一些实施例，相邻的两个所述换热单元连通，多个所述换热单元构成多流程串并拓扑流道。

在本实用新型的一些实施例中，每个所述换热单元内具有多条散热流道。

根据本实用新型的一些实施例，所述加强条为T型加强条。

在本实用新型的一些实施例中，所述换热单元与所述加强条通过多个铆钉铆接。

根据本实用新型的一些实施例，位于两端的所述换热单元分别设有进液罩和出液罩，所述冷却液进口端设于所述进液罩，所述冷却液出口端设于所述出液罩，所述进液罩和所述出液罩均为一体成型件。

在本实用新型的一些实施例中，所述冷却液进口端和所述冷却液出口端设于所述换热单元的端部，且位于所述机载蒙皮换热器的同侧。

根据本实用新型的一些实施例，所述换热单元为采用铝合金拉制的一体成型件。

根据本实用新型实施例的飞行器，所述飞行器设有如上所述的机载蒙皮换热器，所述换热器内的冷却液与机身外侧的气流进行热流交换。

根据本实用新型的一些实施例，所述机载蒙皮换热器设有安装裙边，所述机载蒙皮换热器通过所述安装裙边安装至飞行器对应的安装部位。

本实用新型提出的机载蒙皮换热器具有如下优点：

本实用新型提出了一种弧形气液蒙皮换热器，满足与机体表面半圆弧形曲率共形一体化、减少气动阻力及低飞行代偿损失等要求。通过合理的换热性能计算与地面试验测试，成功研制了一套满足一定飞行高度与马赫下良好换热能力与流阻特性、重量、尺寸等综合性能的弧形蒙皮换热器。

机载蒙皮换热器采用模块化设计总体设计思路，将一体化成型工艺制造的弧形换热单元标准化，无需焊接，可靠性高。通过模块化设计的冷却液进液罩、分集液罩、加强条等部件将换热单元组合集成铆接于一体，满足系统散热能力与流阻特性要求的流道截面尺寸、冷热叉流流动型式及多流程串并拓扑流道关系。

机载蒙皮换热器在冷却液进液罩上设计与机载液冷循环系统连接的液体接口，便于快速拆卸。在蒙皮换热器设置周边裙边，用于与飞行器机体固定连接接口，便于装卸。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的结构示意图；

图3为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器内部冷却液四流程拓扑流道示意图；

图4为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的换热单元内散热流道示意图；

图5为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的T型加强条的结构示意图；

图6为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的进液罩的结构示意图；

图7为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的出液罩的结构示意图；

图8为根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器的分集液罩的结构示意图。

附图标记：

换热器100，

换热单元10，散热流道110，加强条20，铆钉孔210，分集液罩30，分集流槽310，密封装配孔320，进液罩40，冷却液进口端410，第一集流槽420，第一装配孔430，出液罩50，冷却液出口端510，第二集流槽520，第二装配孔530，铆钉60，扁圆头螺钉70。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型进行详细说明如后。

蒙皮换热器作为机载液冷循环系统二次换热单元，应具备一定的热交换能力，同时，机载蒙皮换热器作为飞机结构基体一部分，直接与机体外界环境条件直接接触，应满足一定的承载性与环境使用要求。为了减少气动阻力及低飞行代偿损失，蒙皮曲率应与机体表面曲率共形一致。

目前，国内外针对机载机体弧形蒙皮换热器的研究较少，不同的蒙皮使用应用场景、安装位置、换热能力、制造工艺及与液冷循环系统的工作协作模式等差异性较大。

本实用新型提出一种弧形气液机载蒙皮换热器，采用模块化设计思路，将一体化成型工艺制造的弧形换热单元标准化，通过模块化设计的冷却液进口罩、分集液罩、加强筋等部件将换热单元组合集成铆接于一体，形成流体通路。同时，弧形气液机载蒙皮换热器设计了满足系统散热能力与流阻特性要求的流道截面尺寸、冷热叉流流动型式及多流程串并拓扑流道关系。在蒙皮换热器设置周边裙边，用于与飞行器机体固定连接接口，便于装卸。在冷却液进口端设计与机载液冷循环系统连接的液体接口，便于快速拆卸。另外，换热单元采用一体化成型制造工艺设计，避免板翅片焊接工艺可靠性低问题。

具体地，相较于现有技术，本实用新型至少从以下几方面进行了改进设计：

1、蒙皮换热器总体结构设计不同。

机载蒙皮换热器采用模块化设计的换热单元与实现热流体一侧拓扑流道关系的冷却液回路分集流罩设计。换热单元通过工装保证实现换热能力对应的流道截面尺寸，加强条与分集流罩将各组换热单元组合一体并形成流通回路。

2、实现一定换热能力与流阻特性要求的机载蒙皮换热器内部流道拓扑关系设计。

基于液冷技术的蒙皮换热器，通过内部高效传导与外部对流原理实现一定的热换能力。为了满足机载蒙皮换热器换热能力及系统分配的流阻特性要求，设计一种新型拓扑关系流道结构型式。同时，可设计为多层换热单元增强换热能力。

3、蒙皮换热器安装表面曲率设计。

本实用新型针对某型无人机局部圆环形的气液机载蒙皮换热器，通过模块化设计的换热单元，整体采用一体化成型制造工艺设计，整体拉制后滚圆制造成型，避免弧形焊接工艺性不好与焊接缺陷较多的缺点，提高使用可靠性。最后，通过模块化设计的连接罩体与换热单元连通，焊接形成流体回路。通过设计T型加强筋连接换热单元并保证蒙皮刚强度。机载蒙皮换热器四周设置与飞行器机体连接螺钉安装接口，机载蒙皮换热器进出口设置与液冷循环系统液体接口。

由于载机可提供的重量、尺寸、供电等资源有限，本实用新型提出的气液机载蒙皮换热器，采用机身蒙皮作为热沉，与外界冷空气实现良好的热交换能力。同时，在不增加系统复杂度、重量、空间尺寸及能耗，实现与飞行器表面一体化共形设计，同时，大幅度降低气动阻力，实现低飞行代偿损失。

如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的机载蒙皮换热器100，蒙皮换热器100设于飞行器，并与飞行器对应部位采用一体化共形设计。这里所述的“共形设计”可以理解为机载蒙皮换热器100与设置在飞行器的对应部位的曲率相同，具有相同的外形特征。飞行器可以为飞机或无人机等飞行器。如图1和图2所示，机载蒙皮换热器100包括：多片换热单元10、加强条20及多个分集液罩30。

换热单元10为与飞行器对应部位的曲率相同的弧形，任意相邻的两片换热单元10通过加强条20固定连接，两片相邻的换热单元10的端部设有分集液罩30，并通过分集液罩30汇流转向及连通。

其中，位于两端的换热单元10分别设有与液冷系统连接的冷却液进口端410和冷却液出口端510，冷却液经冷却液进口端410依次流经多片换热单元10进行热量交换后，从冷却液出口端510流出。

根据本实用新型的一些实施例，如图2所示，相邻的两个换热单元10连通，多个换热单元10构成多流程串并拓扑流道。如图2所示，相邻的两个换热单元10内的冷却液的流动方向相反。也就是说，冷却液在各个换热单元10内折回流动，由此，可以提高冷却液的换热效果。

在本实用新型的一些实施例中，如图4所示，每个换热单元10内具有多条散热流道110。可以理解的是，通过在每个换热单元10内设置多条散热流道110，可以增加冷却液的散热面积，从而提高冷却液的换热效果。

根据本实用新型的一些实施例，如图5所示，加强条20为T型加强条20。需要说明的是，采用T型加强条20，可以提高换热单元10装配的便利性和可靠性。

在本实用新型的一些实施例中，换热单元10与加强条20通过多个铆钉60铆接。如图5所示，加强条20上设有多个铆钉孔210，换热单元10与加强条20至今通过多个铆钉60铆接连接，以提高换热单元10与加强条20之间连接的牢固性和可靠性。

根据本实用新型的一些实施例，如图2所示，位于两端的换热单元10分别设有进液罩40和出液罩50，冷却液进口端410设于进液罩40，冷却液出口端510设于出液罩50。由此，冷却液可以经冷却液进口端410经进液罩40流入各个换热单元10中，冷却液经各个换热单元10热量交换后，在出液罩50汇集并从冷却液出口端510流出。

如图6-图8所示，进液罩40、出液罩50及分集液罩30均为一体成型件。其中，进液罩40将冷却液进口端410、安装耳片(其上设有第一装配孔430)、第一集流槽420进行一体化设计整体加工成型。出液罩50将冷却液出口端510、安装耳片(其上设有第二装配孔530)、第二集流槽520进行一体化设计整体加工成型。

在本实用新型的一些实施例中，冷却液进口端410和冷却液出口端510设于换热单元10的端部，且位于机载蒙皮换热器100的同侧。由此，便于机载蒙皮换热器100的装配和连接。

根据本实用新型的一些实施例，换热单元10为采用铝合金拉制的一体成型件。需要说明的是，换热单元10采用一体化成型制造工艺设计，可以避免板翅片焊接工艺可靠性低的问题。而且，换热单元10采用铝合金，可以保证换热单元10的结构强度，而且，可以减小机载蒙皮换热单元10的整体重量。

根据本实用新型实施例的飞行器，飞行器设有如上的机载蒙皮换热器100，换热器100内的冷却液与机身外侧的气流进行热流交换。

根据本实用新型的一些实施例，机载蒙皮换热器100设有安装裙边，机载蒙皮换热器100通过安装裙边安装至飞行器对应的安装部位。可以理解的是，通过在机载蒙皮换热器100设置安装裙边，便于机载蒙皮换热器100的装配。

下面参照附图详细描述根据本实用新型的机载蒙皮换热器100及具有其的飞行器。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不应理解为对本实用新型的具体限制。

本实用新型提出的气液蒙皮换热器100的安装位置对应着飞机的某段机身弧形曲率表面，与机体一体化共形设计，减少气动阻力，降低飞行代偿损失。

机载蒙皮换热器100作为舱内电子设备热量与外界冷环境之间进行热交换的功能部件，即机载综合热管理系统的二次换热装置。其工作原理为在蒙皮换热器100的冷边，舱外高速外掠冷空气从蒙皮外表面流过。热边为从舱内任务电子系统电子设备中带出热量的高温液体流经蒙皮换热器100内部流道结构，通过蒙皮换热器100内部传导将热量传递至蒙皮表面与舱外冷空气对流冷却中，实现舱内热量与舱外冷空气之间的热交换过程，被冷却的冷却液从换热器100出口位置再次进入循环系统中往复使用。

如图1所示，蒙皮换热器100冷热两侧的流体分别为外界高速低温外掠空气、电子设备冷却工质。蒙皮外表面通过的冷空气气流量随着不同高度、温度、及马赫数而不同。蒙皮换热器100热侧气体流动方向与冷侧液体流动方向形成叉流或错流流动形式。

机载蒙皮换热器100作为飞机机体外结构的一部分，具备一定的承载性与环境防护作用。

如图1和图2所示，机载蒙皮换热器100主要由四组模块化、通用化、组合化设计的标准蒙皮换热单元10并排通过T型加强条20铆接成一体。机载蒙皮换热器100内部液体流道通过冷却液进液罩40、出液罩50及分集液罩30连通，蒙皮换热器100进出口端后续安装快拆自密封液体连接器。

图3为机载蒙皮换热器100内部流道结构型式，为四流程的串并结合拓扑关系。蒙皮外侧为单程流动的高速冷空气，整体内外形成叉流式冷热流体流动，实现气液换热器100热交换。

模块化、通用化、组合化设计的蒙皮换热单元10是热交换功能的关键部件，该换热单元10具有良好的热传导特性，将热量传递至与外冷侧空气环境暴露接触的蒙皮外表面与外界冷却空气对流换热。

换热单元10的主体传热材料为铝合金。单个换热单元10的内部冷却液流道方向及冷却液流道截面结构型式如图4所示。流道截面尺寸P、L、W分别代表着流道深度、总长度、宽度，影响着蒙皮换热单元10的能力。

换热单元10整体加工制造，而非分离焊接成型。通过挤压形成6063T6铝合金的口琴管将产品冷却液流道及飞行器蒙皮一体化成型工艺设计，整体拉制滚圆成弧形。

T型加强条20结构如图5所示，材料为不锈钢。加强条20作用是保证蒙皮换热单元10静强度以及控制受压形变。加强条20的上表面两排铆钉孔210用于连接固定两组换热单元10。

如图6和图7所示，进液罩40和出液罩50采用模块化设计，进液罩40设有用于装配的第一装配孔430，出液罩50设有用于装配的第二装配孔530，进液罩40具有第一集流槽420，出液罩50具有第二集流槽520，其功能是将管路冷却液向蒙皮换热单元10中的流道进行分流和集流。材料采用6063T6铝合金材料。同时在进口罩体底部设置与液冷循环系统的一进一出外接接口，端面法兰密封结构。进口罩与换热单元10直接焊接密封。

冷却液分集液罩30也采用模块化、通用化设计理念，其功能是将蒙皮换热器100四个换热单元10通过串联连接形成流体回路，确保冷却液在蒙皮内形成四流程拓扑流道关系。冷却液分集液罩30结构件如图8所示，分集液罩30设有密封装配孔320，分集流罩30具有分集流槽310，分集液罩30结构件与换热单元10其余部位焊接密封，材料采用6063T6铝合金材料。

蒙皮换热器100四周留有安装裙边，由换热单元10、罩体结构件组成，主要为安装扁圆头螺钉70，将蒙皮换热器100整体与飞机绗条铆接的云形锁钢丝或托板螺母进行安装连接。

综上所述，本实用新型提出了一种弧形气液蒙皮换热器100，满足与机体表面半圆弧形曲率共形一体化、减少气动阻力及低飞行代偿损失等要求。通过合理的换热性能计算与地面试验测试，成功研制了一套满足一定飞行高度与马赫下良好换热能力与流阻特性、重量、尺寸等综合性能的弧形蒙皮换热器100。

机载蒙皮换热器100采用模块化设计总体设计思路，将一体化成型工艺制造的弧形换热单元10标准化，无需焊接，可靠性高。通过模块化设计的冷却液进液罩40、分集液罩30、加强条20等部件将换热单元10组合集成铆接于一体，满足系统散热能力与流阻特性要求的流道截面尺寸、冷热叉流流动型式及多流程串并拓扑流道关系。

机载蒙皮换热器100在冷却液进液罩40上设计与机载液冷循环系统连接的液体接口，便于快速拆卸。在蒙皮换热器100设置周边裙边，用于与飞机机体固定连接接口，便于装卸。

通过具体实施方式的说明，应当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

Claims (10)

1.一种机载蒙皮换热器，其特征在于，所述蒙皮换热器设于飞行器，并与所述飞行器对应部位采用一体化共形设计，所述蒙皮换热器包括：

多片换热单元，所述换热单元为与飞行器对应部位的曲率相同的弧形；

加强条，任意相邻的两片所述换热单元通过所述加强条固定连接；

多个分集液罩，两片相邻的所述换热单元的端部设有所述分集液罩，并通过所述分集液罩汇流转向及连通；

其中，位于两端的所述换热单元分别设有与液冷系统连接的冷却液进口端和冷却液出口端，冷却液经所述冷却液进口端依次流经多片所述换热单元进行热量交换后，从所述冷却液出口端流出。

2.根据权利要求1所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，相邻的两个所述换热单元连通，多个所述换热单元构成多流程串并拓扑流道。

3.根据权利要求2所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，每个所述换热单元内具有多条散热流道。

4.根据权利要求1所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，所述加强条为T型加强条。

5.根据权利要求1所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，所述换热单元与所述加强条通过多个铆钉铆接。

6.根据权利要求1所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，位于两端的所述换热单元分别设有进液罩和出液罩，所述冷却液进口端设于所述进液罩，所述冷却液出口端设于所述出液罩，所述进液罩和所述出液罩均为一体成型件。

7.根据权利要求6所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，所述冷却液进口端和所述冷却液出口端设于所述换热单元的端部，且位于所述机载蒙皮换热器的同侧。

8.根据权利要求1所述的机载蒙皮换热器，其特征在于，所述换热单元为采用铝合金拉制的一体成型件。

9.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器设有如权利要求1-8中任一项所述的机载蒙皮换热器，所述换热器内的冷却液与机身外侧的气流进行热流交换。

10.根据权利要求9所述的飞行器，其特征在于，所述机载蒙皮换热器设有安装裙边，所述机载蒙皮换热器通过所述安装裙边安装至飞行器对应的安装部位。

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