一种气膜加内部扰流的冷却装置及应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115783274A(43)申请公布日2023.03.14(21)申请号202211227195.4(22)申请日2022.10.09(66)本国优先权数据202210371612.62022.04.11CN(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路(72)发明人朱惠人徐志鹏杨洁雯许卫疆刘存良郭涛(74)专利代理机构西安凯多思知识产权代理事务所(普通合伙)61290专利代理师云燕春(51)Int.Cl.B64D33/08(2006.01)B64D33/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种气膜加内部扰流的冷却装置及应用(57)摘要本发明一种气膜加内部扰流的冷却装置及应用，属于航空发动机领域；包括冷侧平板、热侧平板和中空扰流柱，所述冷侧平板位于冷气通道一侧，所述热侧平板位于高温燃气通道一侧；所述冷侧平板和热侧平板之间设置有若干中空扰流柱，通过中空扰流柱的中空孔将冷气通道与高温燃气通道连通，两层平板之间形成含有中空扰流柱的中间通道。本发明利用了中空孔流阻小，易于出流的特点，可避免燃气发生倒灌，同时，利用了倾斜中空扰流柱内部扰流流阻小，外部气膜贴附好的优点。该结构适用于需要高冷却效率但易发生燃气倒灌的区域，例如高温喷管壁面。经过数值验证，使用该结构，能比现有冲击+气膜双层壁结构具有更好的冷却效果，更小的流动阻力。CN115783274ACN115783274A权利要求书1/1页1.一种气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：包括冷侧平板、热侧平板和中空扰流柱，所述冷侧平板位于冷气通道一侧，所述热侧平板位于高温燃气通道一侧；所述冷侧平板和热侧平板之间设置有若干中空扰流柱，通过中空扰流柱的中空孔将冷气通道与高温燃气通道连通，两层平板之间形成含有中空扰流柱的中间通道。2.根据权利要求1所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述中空扰流柱为交错布置，与中间通道气流方向成20‑90°倾角。3.根据权利要求2所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述中空扰流柱的中空孔孔径Di在0.5‑5mm之间。4.根据权利要求3所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述中空孔的展向孔间距P和流向孔间距S为3‑10倍的中空孔孔径Di。5.根据权利要求3所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述中空孔在流向上呈正菱形分布。6.根据权利要求3所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述热侧平板和冷侧平板所形成通道的平均高度H在1‑10倍的中空孔孔径Di内。7.根据权利要求1所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述中空扰流柱的径向截面形状为圆形、椭圆形、水滴形或双曲形。8.根据权利要求7所述气膜加内部扰流的冷却装置，其特征在于：所述中空扰流柱的中空孔截面与中空扰流柱的径向截面形状一致。9.一种采用权利要求1‑8任一项所述气膜加内部扰流的冷却装置的发动机喷管，其特征在于：包括所述气膜加内部扰流的冷却装置，所述气膜加内部扰流的冷却装置安装于发动机喷管收敛段的外壁内侧，并通过过渡波纹连接在加力燃烧室单层波纹板上；所述冷侧平板与喷管收敛段外壁构成外涵道，所述热侧平板构成喷管内壁面；所述冷侧平板与喷管收敛段外壁面在末端为封闭结构，使得外涵道的冷气全部通过中空扰流柱的中空孔流出,在所述热侧平板形成冷却气膜；且利用总压出流，降低燃气倒灌发生率。2CN115783274A说明书1/4页一种气膜加内部扰流的冷却装置及应用技术领域[0001]本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种气膜加内部扰流的冷却装置及应用。背景技术[0002]军用战机在短距起飞以及快速机动时，在发动机最大油门开度之外，往往通过加力燃烧来获得额外推力。由于加力燃烧室空间有限，还在燃烧的燃气以斜冲击形式作用在发动机收敛段喷管壁上，容易造成燃气倒灌，并引发严重后果。研究表明，此时尾喷管的燃气温度将高达2000K以上。另外，发动机喷管入口到出口压力梯度较较大，容易造成扩张段燃气的强烈抽吸，加剧了收敛段倒灌现象的发生。[0003]冲击双层壁气膜冷却技术是现代发动机高温部件先进冷却方式之一，在冷气形成气膜之前，能够充分利用冲击换热系数高的优点，达到局部强化换热的效果。现有文献对比了新型冲击/发散冷却层板隔热屏冷却性能，论证其应用于加力燃烧室的可行性，与波纹板隔热屏和单层平板隔热屏进行了相同工况的对比分析，结果表明冲击/发散冷却层板隔热屏具有较好的冷却效果。双层壁结构有结构强化作用，同时气膜孔出流的同时具有一定的防振效果，能提升加力燃烧室的寿命和可靠性。但现有技术中双层壁冷却结构虽然能达到较好的换热效果，但双层壁内部流动阻力较大，受主次流总压比变化的影响较大，在小压比情况下不容易出流，不适