一种适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构
阅读说明：本技术 一种适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构 (Efficient combined cooling structure suitable for exhaust system of binary vector spray pipe ) 是由 黄维娜 李晓明 廖华琳 母鸿瑞 朱川 任亚强 胡金龙 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构,包括下隔热板和上隔热板,所述上隔热板与所述下隔热板固定连接,所述上隔热板上设置多个凸起部,多个所述凸起部与所述下隔热板之间形成多个冷却气集气腔,所述上隔热板的凸起部顶端开设冷却气进口限流孔,所述下隔热板上对应所述冷却气集气腔的位置开设冷却气出口；还包括冲击板,所述冲击板位于所述上隔热板上方,且与所述上隔热板和下隔热板固定连接,所述冲击板上开设多个冲击孔。本发明通过增加两次冲击强化冷却进一步提高冷却效率,实现喷管热壁面的高效冷却,保证喷管安全、可靠工作。(The invention provides a high-efficiency combined cooling structure suitable for a binary vector nozzle exhaust system, which comprises a lower heat-insulating plate and an upper heat-insulating plate, wherein the upper heat-insulating plate is fixedly connected with the lower heat-insulating plate, a plurality of convex parts are arranged on the upper heat-insulating plate, a plurality of cooling gas collecting cavities are formed between the plurality of convex parts and the lower heat-insulating plate, the top ends of the convex parts of the upper heat-insulating plate are provided with cooling gas inlet flow-limiting holes, and a cooling gas outlet is formed in the position, corresponding to the cooling gas collecting cavities, on the lower heat-insulating plate; the impact plate is positioned above the upper heat insulation plate and fixedly connected with the upper heat insulation plate and the lower heat insulation plate, and a plurality of impact holes are formed in the impact plate. The invention further improves the cooling efficiency by increasing twice shock strengthening cooling, realizes the high-efficiency cooling of the hot wall surface of the spray pipe and ensures the safe and reliable work of the spray pipe.)
技术领域
本公开涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构。
背景技术
随着航空技术的不断发展，先进发动机隐身的需求越来越高，而配装二元矢量喷管的发动机是其首选目标，相较于轴对称喷管，二元喷管需要冷却的面积更大，而发动机提供的冷却气体却更少，为了降低二元矢量喷管壁面温度，需要设计高效的冷却结构，保证二元喷管安全、可靠工作，同时也可以进一步提升其红外隐身作用。
目前应用于喷管的冷却方式主要有：对流冷却、气膜冷却等，由于对流冷却冷效较低，因此适用于冷却面积小及冷却气量较大的轴对称喷管；对于二元矢量喷管目前选用的是冷效更高的气膜冷却及组合冷却方式。常用的气膜冷却为在隔热屏上开圆形气膜孔（直孔或斜孔），这种气膜冷却结构的特点为其加工简单，切冷效比对流冷却高，因此其广泛应用于加力燃烧室，涡轮叶片设计中，但是二元矢量喷管位于发动机尾部，能使用的冷却量很少，同时由于喷管主流为变截面流动，因此主流存在很大的压力及速度梯度，这就导致在应用气膜冷却时，沿轴向不同位置的冷却气出口环境差异很大，这种简单的（多孔）气膜冷却，无法满足在出口环境变化剧烈条件下的冷却。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构，通过该冷却结构，可以将高能量的冷却气按限定流量，流出气膜孔后，贴着壁面流动，保护喷管热壁面，同时通过增加两次冲击强化冷却进一步提高冷却效率，实现喷管热壁面的高效冷却，保证喷管安全、可靠工作。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构，包括下隔热板和上隔热板，
所述上隔热板与所述下隔热板固定连接，所述上隔热板上设置多个凸起部，多个所述凸起部与所述下隔热板之间形成多个冷却气集气腔，所述上隔热板的凸起部顶端开设冷却气进口限流孔，所述下隔热板上对应所述冷却气集气腔的位置开设冷却气出口；
还包括冲击板，所述冲击板位于所述上隔热板上方，且与所述上隔热板和下隔热板固定连接，所述冲击板上开设多个冲击孔。
进一步地，还包括定距螺柱，所述定距螺柱与所述上隔热板和下隔热板固定连接，所述冲击板固定在所述定距螺柱上，使所述冲击板位于所述上隔热板上方。
进一步地，所述冲击板通过压紧螺母与所述定距螺柱固定装配。
进一步地，每个所述冷却气集气腔的两侧均设置所述定距螺柱，且相邻两个定距螺柱之间的距离与相邻两个所述冷却气集气腔的距离相等。
进一步地，所述冲击板上的所述冲击孔的面积总和至少为所述上隔热板上的所述冷却气进口限流孔的面积总和的2倍。
进一步地，所述冲击孔的孔径为所述冷却气进口限流孔的孔径的1.2-1.3倍。
进一步地，所述冲击板与所述上隔热板之间的距离为4-4.5mm。
进一步地，所述冷却气集气腔的高度为2.5-3mm。
进一步地，相邻所述冷却气集气腔之间的距离在主流为亚音速时间距为20-25mm，在主流为超音速时间距为30-35mm。
进一步地，所述下隔热板上开设的冷却气出口为矩形口。
本发明的适用二元矢量喷管排气系统的高效组合冷却结构，首先冷却气通过冲击孔进入冷却通道，对隔热板进行第一次强化冷却，随后冷却气通过冷却气入口限流孔进入冷却气集气腔，对隔热板进行第二次冲击强化换热，冷却气入口限流孔限制冷却气用量，最后，冷却气在能量损失后流出冷却结构，贴着隔热板表面流动，形成更大面积的气膜覆盖，对隔热板进行气膜冷却，在这个过程中通过三次冷却对隔热板进行冷却，充分发挥了冷却气的潜力，这也就减小了冷却气的需求量，由于设计了矩形出口气膜孔，气气膜冷却效果随着气膜孔出口环境的变化很小，因此很适用于二元矢量喷管主流沿程参数变化剧烈的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的高效组合冷却结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
如图1所示，本公开实施例提供一种两次冲击组合冷却的冷却结构主要由下隔热板1、上隔热板2、冷却气集气腔3、冷却气进口限流孔4、冷却气出口矩形口5、冲击板6、冲击孔7、定距螺柱8、压紧螺母9组成。其中上隔热板2通过钣金成型压出冷却气集气腔3，并通过机加开出冷却气进口限流孔4；在下隔热板1开上冷却气出口矩形口5；将上隔热板2、下隔热板1以及定距螺柱8通过钎焊或者扩散焊焊接为一个整体；在冲击板6上开好冲击孔7；最后将冲击板6与焊接的整体通过压紧螺母装配在一起。
其主要工作原理为：冷却气首先通过冲击板6上的冲击孔7进入冷却通道，对下隔热板1和上隔热板2进行第一次冲击冷却，随后冷却气通过上隔热板2上的冷却气进口限流孔4进入冷却气集气腔3，对隔热板进行第二次冷却，同时也降低了冷却气的能量，最后冷却通过冷却气出口矩形口5流出冷却结构，对隔热板进行气膜保护。整体实施时，每块隔热屏上包含大量矩形出口的气膜冷却结构，可以通过模具同时成型一块隔热屏的冷却气集气腔，并在上面开冷却气进口限流孔，然后将上下隔热板与定距螺柱通过钎焊或者扩散焊焊接起来，最后将冲击板通过螺母装在上面。
本发明中相邻两个定距螺柱8之间的距离应与相邻之间冷却气集气腔3的距离相等时，才能保证整个隔热屏的刚度，保证在受气动载荷的情况下变形很小。本发明中冲击板6上的孔折合面积应为上隔热板2上孔的面积的2倍以上，冲击板6上的孔径约为上隔热板2的孔径的1.2-1.3倍，这样才能保证有充足的冷却气进入冷气通道，同时又保证用较小的冷气量达到更高的冷却效果。
本发明中上隔热2与冲击板6之间的距离为4-4.5mm，优选为4mm，这样才能保证冷却气在冷却通道内流动顺畅，不堵塞，同时整个隔热屏的结构最为紧促。本发明中的冷却气集气腔3的高度约为2.5-3mm，优选为2.5mm，这个最小距离才能保证冷却气在冷却气集气腔3内充分减速降压，使冷却气流出冷却气出口矩形口5时贴壁流动。本发明中相邻冷却气集气腔3之间的距离在主流亚音速时间距为20-25mm，优选为20mm，在主流为超音速时间距为30-35mm，优选为30mm，这样可能在满足冷却需求的基础上，使用冷气量最少。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
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