一种带主动冷却大热流超声速射流喷管的制作方法

本发明涉及一种带主动冷却大热流超声速射流喷管。

背景技术：

某燃气流试验台加热装置是模拟材料和飞行器在高温气流中热性能的重要地面试验设备，用于试验材料的抗烧蚀和传热特性。射流喷管是加热装置的重要组件，其作用是使气流绝热等熵加速膨胀，在喷管出口产生满足要求的等马赫数菱形区以及均匀燃气流场，使得气流的马赫数、压力和温度等参数达到试验要求。传统的射流喷管为常温使用，不能在高温、高热流密度环境下可靠工作。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是提供一种带主动冷却大热流超声速射流喷管，可在高温、高热流密度环境下可靠工作。

本发明的技术解决方案是提供一种带主动冷却大热流超声速射流喷管，其特殊之处在于：包括依次连接的收缩段、喉部及扩张段；上述收缩段的管径依次减小直至与喉部前端管径相同，喉部后端管径大于前端管径，扩展段管径逐渐增大；

上述收缩段、喉部及扩张段均包括同轴套装的内筒与外筒，内筒外壁与外筒内壁连接；

内筒外壁与外筒内壁连接处开有沿内筒轴向的多列冷却槽；

外筒外壁上设有具有冷却液入口及出口的集液腔，外筒上开有将冷却液集液腔与多列冷却槽连通的通孔。

进一步地，收缩段内筒与喉部内筒的材料均为铜材料，收缩段外筒与喉部外筒的材料均为钢材料；扩张段内筒与扩张段外筒的材料均为钢材料。

进一步地，收缩段内筒与收缩段外筒、喉部内筒与喉部外筒、扩张段内筒与扩张段外筒均通过钎焊连接。

进一步地，收缩段与喉部、喉部与扩张段均采用氩弧焊焊接。

进一步地，收缩段、喉部及扩张段连接处内腔圆滑过度。

进一步地，集液腔为沿外筒周向设置的多个环形腔室。

本发明的有益效果是：

1、本发明将射流喷管分段并设计为双层结构，且在两层之间设计轴向的冷却结构，保证高温下的可靠冷却；

2、本发明根据热流密度的不同将射流喷管分为三段，并根据每一段的热流密度选择相应的材料及加工工艺，可在喷管高总温(3600k)、大热流(30mw/m²)时，长时间工作。

附图说明

图1为实施例中带主动冷却大热流超声速射流喷管结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为实施例中带主动冷却大热流超声速射流喷管部分横截面示意图；

图中附图标记为：1-收缩段，2-喉部，3-扩张段，4-收缩段外筒，5-收缩段内筒，6-扩张段外筒，7-扩张段内筒，8-喉部外筒，9-喉部内筒，10-冷却槽，11-集液腔，12-冷却液入口，13-冷却液出口。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本发明做进一步地描述。

如图1所示，本实施例射流喷管由收缩段1、喉部2和扩张段3依次连接而成。收缩段1的管径依次减小直至与喉部2前端管径相同，喉部2后端管径大于前端管径，扩张段3管径逐渐增大。

收缩段1包括收缩段外筒4与收缩段内筒5，喉部2包括喉部外筒8与喉部内筒9，扩张段3包括扩张段外筒6与扩张段内筒7。考虑到收缩段1、喉部2附近热流密度较大，收缩段内筒5及喉部内筒9采用铜材料，收缩段外筒4与喉部外筒8采用钢材料，收缩段内筒5与收缩段外筒4、喉部内筒9与喉部外筒8采用钎焊进行焊接。因扩张段3热流密度较小，所以扩张段外筒6与扩张段内筒7均采用钢材料，且扩张段外筒6与扩张段内筒7通过钎焊焊接。然后收缩段1、喉部2和扩张段3采用氩弧焊焊成一体，形成射流喷管。为了保证高温下可靠冷却，如图2所示，在各段的内筒与外筒之间开有冷却槽，从图3可以看出，各冷却槽10沿内筒轴向排布，该实施例中，冷却槽10沿各段内筒外壁开设，各段外筒外壁上设有多个环形腔室，作为冷却液集液腔，外筒上开有将冷却液集液腔与多列冷却槽连通的通孔，确保冷却液进入冷却槽内对射流喷管进行冷却。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种带主动冷却大热流超声速射流喷管，包括依次连接的收缩段、喉部及扩张段；收缩段、喉部及扩张段均包括同轴套装的内筒与外筒，内筒外壁与外筒内壁连接；内筒外壁与外筒内壁连接处开有沿内筒轴向的多列冷却槽；外筒外壁上设有具有冷却液入口及出口的集液腔，外筒上开有将冷却液集液腔与多列冷却槽连通的通孔。收缩段内筒与喉部内筒的材料均为铜材料，收缩段外筒与喉部外筒的材料均为钢材料；扩张段内筒与扩张段外筒的材料均为钢材料。解决了喷管高总温(3600K)、大热流(30MW/m2)长时间工作(单次1000s)的设计难题。

技术研发人员：高强;肖虹;李小平;唐敏;房喜荣;熊剑
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2018.12.21
技术公布日：2019.06.14