一种非连续混合支板筋条结构的喷管构型
阅读说明：本技术 一种非连续混合支板筋条结构的喷管构型 (Spray pipe configuration of rib structure of discontinuous mixed support plate ) 是由 马松 陈忠明 王福雨 汪嘉兴 刘方兴 于 2021-06-01 设计创作，主要内容包括：本申请属于飞机排气喷管构型领域,特别涉及一种非连续混合支板筋条结构的喷管构型。所述结构包括主流通道管和主流通道管外套的导流罩,所述主流通道管与导流罩之间套有多个冷却夹层,所述主流通道管与冷却夹层及冷却夹层与导流罩都由“八”字型支板筋条或“Y”字型支板筋条支撑连接,两种支板筋条在主流通道管径向上错开分布,轴向上平行分布,以达到高效隔热,能够承受三向受力,喷管重量减轻,结构体积减小的目的。(The application belongs to the field of airplane exhaust nozzle configurations, and particularly relates to a nozzle configuration of a rib structure of a discontinuous mixed support plate. The structure includes mainstream passageway pipe and the kuppe of mainstream passageway pipe overcoat, the cover has a plurality of cooling intermediate layers between mainstream passageway pipe and the kuppe, mainstream passageway pipe and cooling intermediate layer and kuppe all are supported by "eight" style of calligraphy support plate rib or "Y" style of calligraphy support plate rib and are connected, and two kinds of support plate ribs are upwards staggered and are distributed at mainstream passageway pipe diameter, and parallel distribution in the axial to reach high-efficient thermal-insulated, can bear three-dimensional atress, spray tube weight reduction, the mesh that the structure volume reduces.)
技术领域
本申请属于飞机排气喷管构型领域，特别涉及一种非连续混合支板筋条结构的喷管构型。
背景技术
新型军用战斗机目前采用以辅助动力为特征的第二动力系统架构，主要实现飞机动力系统的地面起动、地面自主维护、空中辅助带转以及其他一些功能，由于辅助动力为小型燃气涡轮装置，需要有单独的排气喷管，能够保证辅助动力工作过程中产生的高温尾气排放至大气环境中。目前军用战斗机上辅助动力装置均采用内埋式安装方式，嵌入在飞机机体内部，其喷管安装在辅助动力短舱内部，辅助动力工作过程中，喷管不仅需要承受住来自辅助动力装置产生的振动的影响，同时，需要克服飞机在不同飞行条件下由于机动过载产生的三个方向的载荷受力影响。
在军用战斗机辅助动力领域已有的辅助动力排气喷管结构主要是通过依靠喷管本身的材料进行热防护，结构简单，容易实现，但存在以下几个方面的问题：
受材料本身隔热的要求，在喷管高温壁面往往需要贴上较厚的隔热材料，造成喷管重量较大，且需要较大的安装空间，对于空间和重量要求较高的超音速战斗机设计往往需要付出较大的代价；
由于辅助动力喷管壁面温度较高，通常会采用喷管主动冷却方式，依靠辅助动力产生的尾流进行引射，外侧导流罩与内部的高温壁面采用采用连续式的“I”型筋条结构，保证其传力，但“I”型筋条结构与高温壁面及导流罩之间是线连接结构，其展向受力较弱，辅助动力工作过程中其产生的振动源是三个方向的，因此其连接处容易出现隐患；
通常辅助动力与喷管采用法兰边形式，通过快卸卡箍进行固定，喷管采用悬臂结构，由于传统的喷管未采用拓扑优化结构设计，设计过程中未考虑重心位置对其安装边的影响，在飞机进行机动飞行时会产生较大的悬臂力矩，造成法兰边根部应力较大，存在安全隐患；
辅助动力工作过程中产生的高温尾流通过喷管壁面排放至大气中，采用传统的内部筋条结构，热量会沿着喷管高温壁面、筋条结构、外侧导流罩的途径进行传递，会导致外侧导流罩受热面积较大，温度较高，会对辅助动力短舱内其他系统工作造成影响。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种非连续混合支板筋条结构的喷管构型，包括主流通道管，主流通道管具有主流通道，主流通道管外套有导流罩，所述主流通道管进口截面具有法兰边，通过快卸卡箍安装在辅助动力装置上，其中，所述主流通道管与导流罩之间套有冷却夹层，所述主流通道管与冷却夹层之间形成有主流冷却通道，所述冷却夹层与导流罩之间或相邻冷却夹层之间形成有次流冷却通道，主流冷却通道与次流冷却通道均由支板支撑连接，所述支板包括“八”字型支板筋条或“Y”字型支板筋条。
优选的是，所述冷却夹层具有2个及以上。
优选的是，所述“Y”字型支板筋条连接主流通道管与冷却夹层；所述“八”字型支板筋条连接导流罩与冷却夹层。
优选的是，“Y”字型支板筋条的双支点连接冷却夹层，单支点连接主流通道管；“八”字型支板筋条宽口连接导流罩窄口连接冷却夹层。
优选的是，所述主流冷却通道内的支板与次流冷却通道内的支板在主流通道管的径向方向上相互错位。
优选的是，所述支板筋条沿平行于主流通道管轴线的曲线等距排列。
优选的是，所述喷管由GH3536高温合金材料制成，主流通道自进口端至出口端呈渐扩张状态。
优选的是，所述次流冷却通道采用等间隙结构构型，所述主流冷却通道采用等间隙结构构型，主流冷却通道的间隙大于次流冷却通道的间隙。
本申请的优点包括：通过错开结构设计，有效的降低了外侧导流罩的壁面温度，减小了外侧导流罩对舱内其他系统的影响；采用多层次流冷却气流与辅助动力排出的高温尾流进行掺混，能够有效的降低高温尾流的温度，平均温度下降在45℃左右；采用混合非连续支板筋条连接结构，有效的减少了支撑筋条与结构的连接面积，大幅度的降低了喷管的结构重量；采用“Y”型筋条和“八”字型筋条结构混合结构设计，提高了结构在展向方向上的受力，承载能力增强；通过喷管采用法兰边的安装形式，通过结构优化设计，使得喷管的重心位置靠近法兰边方向，不需要额外的支撑结构对其固定，减小了对飞机结构安装的依赖。
附图说明
图1是本申请一优选实施方式的喷管构型结构示意图。
图2是本申请图1所示实施例的内部非连续混合支板结构正视图。
图3是本申请图1所示实施例的内部非连续混合支板结构正视图。
图4是本申请图1所示实施例的内部非连续混合筋条结构示意图。
图5是本申请图1所示实施例的内部结构热传导方向示意图。
图6是本申请图1所示实施例的内部气流流动示意图。
其中，1-主流通道管，2-“Y”字型支板筋条，3-冷却夹层，4-次流冷却通道，5-主流通道，6-法兰边，7-主流冷却通道，8-导流罩，9-“八”字型支板筋条。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种非连续混合支板筋条结构的喷管构型，如图1-图2所示，包括主流通道管1，主流通道管1具有主流通道5，主流通道管1外套有导流罩8，所述主流通道管1进口截面具有法兰边6，通过快卸卡箍安装在辅助动力装置上，其中，所述主流通道管1与导流罩8之间套有冷却夹层3，主流通道管1与冷却夹层3之间形成有主流冷却通道7，冷却夹层3与导流罩8之间或相邻冷却夹层3之间形成有次流冷却通道4，主流冷却通道7与次流冷却通道4均由支板支撑连接，所述支板包括“八”字型支板筋条9或“Y”字型支板筋条2。
本申请冷却夹层3可以是1个，也可以是多个，在一个优选方式中，冷却夹层3包括2个及以上，通过设置多个冷却夹层3，能够形成多个次流冷却通道4，显著增加隔热效果，降低导流罩8的温度。为了减轻重量，降低制造成本，简化制造工艺，本申请将冷却夹层3设置为1个，如图2、图3所示。
所述主流通道管1与冷却夹层3之间形成有主流冷却通道7，所述冷却夹层3与导流罩8之间或相邻冷却夹层3之间形成有次流冷却通道4，主流冷却通道7与次流冷却通道4均由支板支撑连接，所述支板包括“八”字型支板筋条9或“Y”字型支板筋条2，主流冷却通道和次流冷却通道优选采用等间隙结构，次流冷却通道4同样采用等间隙结构构型，因为等间隙结构能够更好的保证气体流通性，提升隔热效果；
喷管整体由GH3536高温合金材料制成通过激光成型技术，能够有效提高喷管的寿命，提高喷管的安全性和稳定性；主流通道5自进口端至出口端逐渐扩张，主流冷却通道出口面积与进口面积比为1.053，呈渐扩张状态，内壁面流道光滑，保证辅助动力高温排气尾流以较小的流动损失排入大气，同时保证出口主流排气拥有较高的动能，以实现对次流冷却通道4冷空气引流赋能，使次流冷却通道4得空气快速流通；同时为了与喷管结构内壁面有较小摩擦，所以出口扩张，且内壁光滑。同时次流冷却通道4出口截面与主流通道出口截面在不同一平面，如图1，图6保证辅助动力高温排气主流对次流的引射效果，即主流冷却通道高温气体在排放处时，能够以自身的动力对次流冷却通道4的冷空气赋能，使次流冷却通道4的空气流通，以达到冷却隔热的效果；
由于主流通道管1直接和高温气体接触，其温度最高，因此主流冷却通道4的间隙大于次流冷却通道7的间隙，主流冷却通道4设置更大的间隙能够更好隔绝主流通道壁的高温；同时“Y”字型支板筋条2单支点连接主流通道管1，双支点连接冷却夹层3，“Y”字型支板筋条2的单支点能够减少和主流通道管1的直接接触，另一侧双支点既能够弥补纯单支点结构带来的不稳定性又能将热量分散在两个支点，增强结构稳定，加强散热性能。
由于次流冷却通道间隙较小，“八”字型支板筋条9比“Y”字型支板筋条2更加容易加工制造，降低成本；考虑到导流罩8的周长大于冷却夹层3，在结构上“八”字型支板筋条9的窄口连接冷却，“八”字型支板筋条9的宽口连接导流罩8，这样能够更加均匀分布热量并且能均匀承受三向载荷。其内部结构热传导方向示意图如图5所示。与此同时，两种支板与次流冷却通道4内的支板在主流通道管1的径向方向上相互错位，如图2，图3，图4所示，错位的结构安排能够使热量均匀分布如图5所示，冷却通道的空气能够更好地冷却支板传递的热量；此外，支板筋条沿平行于主流通道管轴线的曲线等距排列，平行的排列方式可以有效减少加工成本，非连续而是单个的结构能够有效减少与通道管的接触面积，增加隔热性能，并且能够减少产品重量；支板筋条在排列方向平行于主流通道管1轴线的方向能够在不降低隔热性能和结构强度前提下显著降低制造成本和制造工艺难度。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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