CN218155650U - 一种高温蒙皮换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温蒙皮换热器，包括作为蒙皮主体结构的芯子组件以及高温气体进气罩、高温气体出气罩、冷空气进气罩和安装组件，芯子组件的外表面、高温气体进气罩、高温气体出气罩均用作飞机外蒙皮曲面，芯子组件为曲面形式的管壳式换热器结构，芯子组件内包含端板和换热管；高温气体进气罩和高温气体出气罩连接在芯子组件的换热管进口和出口处；冷空气进气罩连接在芯子组件的冷介质进口处；安装组件位于芯子组件的边缘。本实用新型充分利用了飞机蒙皮空间以及来至外界的冲压冷空气对环控系统的高温热空气进行冷却降温，获得要求的工作温度，增加了飞机蒙皮的换热功能结构，同时提供了新的飞机高温蒙皮换热方法。

Description

一种高温蒙皮换热器

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曲面型高温蒙皮换热器，且同时具备飞机蒙皮飞行动力平衡的功能和换热器的功能。

背景技术

空-空高温换热器是为飞机的环控系统配套的冷却附件，将引自发动机高压级压气机的高温空气冷却至下游系统能够接受的温度的功能。

通常，此类换热器安装在机腹内或发动机进气道内，从发动机引出的高温高压热空气通过热边进口经集气罩稳流后均匀进入换热芯体热边腔，与低温空气(从发动机外涵引出的经冷边进口进入换热芯体冷边腔的低温空气)进行强迫对流换热。

通常，此类换热器为不锈板材质的翅式换热器、位于发动机进气道的环形换热器。需要专门的安装空间，常规的空-空高温换热器大大增加了飞机的体积和重量。

此外，常规的飞机蒙皮在飞机飞行中仅起到获得动力、平衡支撑等作用，与换热功能无直接关联，现有技术中已经存在将换热结构与飞机蒙皮结合的方案，但采用的是空-液换热结构，如CN214930566U公开的一种机翼蒙皮，又如CN208258272U公开的一种飞机蒙皮结构散热器。

发明内容

本实用新型旨在提供一种高温蒙皮换热器，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，又具备换热功能，充分利用飞机蒙皮空间，降低空-空高温换热器的安装空间、重量超标的问题，进一步，将常规设置在机腹内的空-空高温换热器替换为蒙皮内的高温换热器，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技术方案予以实现的：

一种高温蒙皮换热器，用于来自发动机的高温气体与发动机外低温空气的换热，具体包括，

作为飞机蒙皮主体结构部分的芯子组件，所述芯子组件为曲面造型的管壳式换热结构，芯子组件的壳体外表面形成飞机外蒙皮曲面，壳体内为换热管，高温热空气在换热管内流动，冷空气在换热管外侧与壳体之间流动，且换热管平行于飞机外蒙皮曲面的母线设置，换热管长度方向的两端分别为入口端和出口端；

高温气体进气罩，所述高温气体进气罩形成飞机外蒙皮的另一部分，高温气体进气罩连接在换热管的入口端对应的芯子组件端面，高温热空气从高温气体进气罩进入芯子组件中的换热管内；

高温气体出气罩，所述高温气体出气罩形成飞机外蒙皮的另一部分，高温气体出气罩连接在换热管的出口端对应的芯子组件端面，芯子组件内换热管中的换热介质从高温气体出气罩流出；

冷空气进气罩，所述冷空气进气罩连接在芯子组件的壳体外表面外法线一侧，且靠近高温气体出气罩所在的芯子组件端面，冷空气进气罩中设置有液体收集室，从飞机外引入的冷空气经冷空气进气罩进入芯子组件的壳体内进行换热；

冷空气出气口，所述冷空气出气口为开设在芯子组件的壳体表面的通孔，冷空气出气口设置在靠近高温气体进气罩所在的芯子组件端面一侧；

安装组件，所述安装组件位于非高温气体进气罩、高温气体出气罩所在端面的芯子组件的边缘，安装组件上加工有连接结构。

进一步，所述芯子组件内沿着换热管长度方向的两个端面处分别设置有一块端板，换热管的入口端和出口端插接在端板中。

进一步，所述芯子组件中换热管与端板整体真空钎焊。

进一步，所述芯子组件内且位于两块端板之间设置有加强板，加强板平行于换热管的长度方向且与芯子组件的壳体内表面焊接。

进一步，所述芯子组件内且位于两块端板之间设置有多块折流板，换热管插接在折流板中。

进一步，所述冷空气进气罩的截面形状呈Ω形。冷空气进气罩的结构设计以减少空气流阻为依据，并不局限于截面呈Ω形状。

进一步，所述高温气体进气罩和高温气体出气罩为流阻低、流线形好、截面渐缩形的壳体，其壳体曲面曲率与芯子组件的壳体曲面一致，但截面大小从与芯子组件连接的端面处到远离端面方向逐渐缩小，并在截面缩小的末端形成气体接口。

进一步，所述芯子组件、高温气体进气罩、高温气体出气罩和冷空气进气罩之间焊接。

进一步，所述安装组件与芯子组件为焊接或螺栓连接。

进一步，所述冷空气出气口与飞机外界的负压区连通，从而提高压力差，可增大冷空气流量进而增强换热。

与现有技术相比，本实用新型有以下特点：本实用新型是用于飞机飞行控制和环控系统的曲面形高温蒙皮换热器，适合飞机飞行控制和环控系统，充分利用了飞机蒙皮的空间，简化了传统环控系统空-空高温换热器的设计结构，本实用新型的应用使得飞机结构更加紧凑、合理，优化了飞机结构。

附图说明

图1本实用新型的飞机蒙皮结构组成示意图；

图2为芯子组件结构示意图；

图3为图2中区域D的放大示意图；

图4为图2中截面A-A的示意图；

图5为图4中区域B的放大示意图；

图6为高温气体进、出气罩结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为冷空气进气罩结构示意图；

图9为图8中A-A截面的示意图；

图10为安装组件结构示意图；

图11为图10中截面A-A示意图；

图中：1-芯子组件，2-高温气体进气罩，3-高温气体出气罩，4-冷空气进气罩，5-安装组件，6-冷空气出气口，11-散热管，12-端板，13-加强板，14-折流板。

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飞机用高温蒙皮换热器，该飞机蒙皮为新型曲面的高温蒙皮换热器结构，可实现两种换热功能：

功能1：飞机蒙皮动力、平衡功能和强度结构件支撑功能；

功能2：高温高压空气与低温空气的换热器功能。

如图1～图11所示，一种用于可散热飞机蒙皮的新型曲面的高温蒙皮换热器结构，其主要由芯子组件1、高温气体进气罩2、高温气体出气罩3、冷空气进气罩4和安装组件5组成。芯子组件1、高温气体进气罩2、高温气体出气罩3、冷空气进气罩4、安装组件5之间通过氩弧焊焊接连接形成飞机蒙皮整体，安装组件5也可通过螺栓联接到异形曲面的飞机高温蒙皮换热器上。

如同1所示,图1中箭头所指的直线即为换热管的布置方向，该方向平行于芯体组件1作为蒙皮的壳体异形曲面的母线方向。

如图2和图3，芯子组件1为异形曲面的壳体，是换热器产品的关键功能件和承压结构件，换热主体为管壳式结构，壳体可直接作为外蒙皮曲面，芯子组件1(端板12、换热管、加强板13和折流板14)采用真空钎焊成形。

高温蒙皮换热器为结构紧凑、散热效率较高的异形曲面的管壳换热器，材质可以为高温合金或不锈钢等耐高温性能较好、加工工艺性较好、强度高的材料。

如图1、图6和图7，高温气体进气罩2、高温气体出气罩3为流线形好流阻低、强度高的收集室，采用机械加工或钣金冲压面形。

根据产品工作及环境条件，要求型异形曲面的高温蒙皮换热器结构紧凑、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、高温气体进气罩2、高温气体出气罩3、冷空气进气罩4、安装组件5主要材料采用高温合金或不锈钢。

与现有飞机蒙皮和空-空高温换热器设计相比，本换热器的特点包括：

1)结构紧凑的曲面高温蒙皮换热器：如图1所示，芯子组件1的壳体、高温气体进气罩2、高温气体出气罩3外表面为飞机曲面蒙皮，采用氩弧焊连接。

2)曲面形状的换热器芯子：如图2所示，芯子组件1外表面为飞机曲面蒙皮的主体部分(相对高温气体进气罩2、高温气体出气罩3作为蒙皮的部分，芯子组件1作为蒙皮的面积更大，所以视为主体部分)，内部为管壳换热器，热空气在换热管内流动，冷空气在换热管外侧和壳体内流动，芯子组件1的加工方法为整体真空钎焊，采用耐高温、强度高的高温合金或不锈钢材料。

3)高温气体进气罩2、高温气体出气罩3如图6和图7所示，为流动性好、耐高温强度较高的结构，加工方法为机械加工或钣金冲压成形，采用耐高温、强度高的高温合金或不锈钢材料。

4)冷空气进气罩4：如图8和图9所示，为流动性好的结构，其截面呈Ω形状，加工方法为机械加工或钣金冲压成形，采用强度高的高温合金或不锈钢材料。冷空气进气罩4的结构设计以减少空气流阻为依据，并不局限于前述的图8和图9的形状，冷空气进气罩4的进口可通过管路连接引气或直接作为飞机冲压口。

5)冷空气出气口6：如图1所示，直接在芯子组件1处开口，壳体内的冷空气与管程内的高温热空气进行热交换升温后的冷侧空气直接从芯子组件1末端的冷空气出气口6流到飞机外的大气中，作为一种优选方案，冷空气出气口6与飞机外界的负压区保持连通，提高压力差，增大冷空气流量以增强换热。

如图1～图6所示，芯子组件1为曲面蒙皮形式的管壳换热器，当曲面蒙皮较大或形状较复杂时，可采用多块曲面形管壳换热器拼焊面组成，从而降低工艺难度，可提可靠性。在曲面管壳换热器内增加折流板14及加强板13，既提高换热性能，又提高了高温蒙皮换热器的强度。加强板13的安装位置如图2、图4和图5所示，一块加强板13从图2的左端延伸至右端，平行于换热管的长度方向，加强板13的两端分别焊接在芯子组件1的壳体内表面，起到支撑肋板的作用，加强板13恰好位于图2中上端到下端的中间位置，即图2中两个区域D连线处。折流板14的位置如图2所示，折流板14既可作为壳体的加强结构，又起到冷空气折流和增强换热的作用，换热管插接在折流板14的开孔中。

如图6和图7，高温气体进气罩2和高温气体出气罩3作为热空气收集室，具有集气腔体和进、出接口的功能，如图7，高温气体进气罩2和高温气体出气罩3的截面大小从与芯子组件1连接的一端逐渐缩小，最终形成接口。高温气体进气罩2、和高温气体出气罩3的结构形状具备流阻低、流线形好、强度高的特点。

如图8和图9，冷空气进气罩4作为冷空气进口收集室和液体收集室，具有集气腔体和进气接口的功能。冷空气进气罩4的结构设计以减少空气流阻设计依据，低空气阻力的结构均符合要求。

如图1、图10和图11，安装组件5连接在芯子组件1的非高温气体进气罩2和高温气体出气罩3端面的边缘，安装组件5上开有安装孔。

上述实施例并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等，均应落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高温蒙皮换热器，其特征在于：用于来自发动机的高温气体与发动机外低温空气的换热，具体包括，

作为飞机蒙皮主体结构部分的芯子组件(1)，所述芯子组件(1)为曲面造型的管壳式换热结构，芯子组件(1)的壳体外表面形成飞机外蒙皮曲面，壳体内为换热管，高温热空气在换热管内流动，冷空气在换热管外侧与壳体之间流动，且换热管平行于飞机外蒙皮曲面的母线设置，换热管长度方向的两端分别为入口端和出口端；

高温气体进气罩(2)，所述高温气体进气罩(2)形成飞机外蒙皮的另一部分，高温气体进气罩(2)连接在换热管的入口端对应的芯子组件(1)端面，高温热空气从高温气体进气罩(2)进入芯子组件(1)中的换热管内；

高温气体出气罩(3)，所述高温气体出气罩(3)形成飞机外蒙皮的另一部分，高温气体出气罩(3)连接在换热管的出口端对应的芯子组件(1)端面，芯子组件(1)内换热管中的换热介质从高温气体出气罩(3)流出；

冷空气进气罩(4)，所述冷空气进气罩(4)连接在芯子组件(1)的壳体外表面外法线一侧，且靠近高温气体出气罩(3)所在的芯子组件(1)端面，冷空气进气罩(4)中设置有液体收集室，从飞机外引入的冷空气经冷空气进气罩(4)进入芯子组件(1)的壳体内进行换热；

冷空气出气口(6)，所述冷空气出气口(6)为开设在芯子组件(1)的壳体表面的通孔，冷空气出气口(6)设置在靠近高温气体进气罩(2)所在的芯子组件(1)端面一侧；

安装组件(5)，所述安装组件(5)位于非高温气体进气罩(2)、高温气体出气罩(3)所在端面的芯子组件(1)的边缘，安装组件(5)上加工有连接结构。

2.根据权利要求1所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述芯子组件(1)内沿着换热管长度方向的两个端面处分别设置有一块端板(12)，换热管的入口端和出口端插接在端板(12)中。

3.根据权利要求2所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述芯子组件(1)中换热管与端板(12)整体真空钎焊。

4.根据权利要求2所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述芯子组件(1)内且位于两块端板(12)之间设置有加强板(13)，加强板(13)平行于换热管的长度方向且与芯子组件(1)的壳体内表面焊接。

5.根据权利要求1所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述芯子组件(1)内且位于两块端板(12)之间设置有多块折流板(14)，换热管插接在折流板(14)中。

6.根据权利要求1所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述冷空气进气罩(4)的截面形状呈Ω形。

7.根据权利要求1所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述高温气体进气罩(2)和高温气体出气罩(3)为流阻低、流线形好、截面渐缩形的壳体，其壳体曲面曲率与芯子组件(1)的壳体曲面一致，但截面大小从与芯子组件(1)连接的端面处到远离端面方向逐渐缩小，并在截面缩小的末端形成气体接口。

8.根据权利要求1所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述芯子组件(1)、高温气体进气罩(2)、高温气体出气罩(3)和冷空气进气罩(4)之间焊接。

9.根据权利要求1所述的一种高温蒙皮换热器，其特征在于：所述冷空气出气口(6)与飞机外界的负压区连通。

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