一种用于承载换热排管的一体化功能性底座

1.本发明提供一种用于承载换热排管的一体化功能性底座，它适用于高温合金薄壁毛细管一体化装配，主要作用是连通换热器上所有薄壁毛细管。属于航空宇航科学技术领域。


背景技术：

2.强预冷器作为高超声速飞行动力系统中的核心部件，一直以来都是国内外研究的热点。强预冷器的核心换热结构主要是由薄壁毛细管阵列排布组成，根据动力系统中的结构特点，多为阵列的环形结构，将众多的薄壁毛细管阵列排布与进出口二极管连接(连接薄壁毛细管的管道定义为二极管；连接所有二极管的管道定义为一级管)，为满足换热效率，进出口二极管的数量通常为多组，因此就需要设计一种特殊的结构将多组进出口二极管串联起来，使薄壁毛细管中的冷却介质能够流通进出口二极管，从而实现换热单元的热交换，这就成为了整个强预冷高超声速飞行动力技术研发的重中之重。
3.根据强预冷高超声速飞行动力系统中预冷器进出口二极管结构装配的复杂性，需设计出一种专用的一体化功能性底座，用于固定连接所有进出口二极管，从而连通毛细管换热单元，以确保薄壁毛细管精准定位，并能高效流通冷却介质。目前没有一个装置能够满足这个要求。本发明就是提供一种用于承载换热排管的一体化功能性底座，以解决现有的问题。


技术实现要素：

4.(1)目的
5.为确保强预冷器的薄壁毛细管与进出口二极管组件能够精准安装在预冷器上，并确保进出口二极管相通，同时提高换热效率，需设计一种专用的一体化功能性底座，用于固定薄壁毛细管及进出口二极管组件，以确保薄壁毛细管精准定位，并能高效流通冷却介质。本发明就是提供一种用于承载换热排管的一体化功能性底座。
6.(2)技术方案
7.本发明一种用于承载换热排管的一体化功能性底座，其技术方案如下：
8.图1～图6是一种用于承载换热排管的一体化功能性底座不同方位的结构图，主体结构为圆环状，底座上下端面为平面；底座内圈为圆形通道结构，底部分布有4个吊耳和11个支撑杆固定挡块；底座外圈轮廓为腰形曲面结构，中间位置凹陷，凹陷位置均匀分布着11个2mm厚加强筋版和进出口总管，进出口总管还分别连通底座内部的两个环形流道，环形流道上各有11个小孔连通底座下端面。
9.所述底座，结构形式如图1所示，通过3d打印制作而成，材质为高温合金，底座整体高度56mm，内通道直径206mm，主体外轮廓尺寸386mm，图2为底座侧面结构示意图，由图可见，底座上端面外圈存在8mm的对称倒角。底座外围的吊耳和支撑杆固定挡块位于底座下侧，吊耳和支撑杆固定挡块数量可根据底座大小调整，进出口总管大小分别为和
分别位于底座两侧中间位置不同高度且呈一定角度，具体位置可根据外接的冷却介质进出方位调整，底座外圈结构为加强筋加腰形曲面结构，该优化结构为整个底座减轻了重量。图3为底座正面结构示意图，可见底座下端面的支撑杆固定块、吊耳和进出总管具体方位，11个支撑杆固定块为等距分布，4个吊耳为避免干涉大致分布在四个方位，进出口总管呈钝角分布。图4为底座背面结构示意图，可见底座下端面在直径228mm和339mm的内外两层各有11个沉头孔，其中内层圆孔直径为8.4mm，连通至底座内部的环形流道；沉头直径11mm，深度2mm，主要连接进口二极管；外层圆孔直径18mm，连通至底座内部的环形流道；沉头直径21mm，深度2mm，主要连接出口二极管。内外层沉头孔主要用于放置密封垫圈，便于连接二极管时起到密封作用。底座上均匀分布有11个支撑杆固定挡块，支撑杆挡块厚度8mm，在支撑杆固定挡块底部中间加工有直径10mm深4mm的螺纹盲孔，用于预冷器外框架支撑杆的连接。图5和图6为底座不同高度方向上的剖面图，由图可见，在底座内部存在有两个环形流道，且两个环形流道不在同一高度，内圈环形流道中心平面相对于底座底面高度为37mm，流道直径为14mm，外圈环形流道中心平面相对于底座底面高度为17mm，流道直径为22mm，直径14mm的环形流道与进口总管连接，直径22mm是环形流道与出口总管连接；在两个环形流道下方各均匀分布11个圆孔与底座下端面的沉头孔连通。环形流道、进出总管和底座下端面沉头孔一体化结构一方面减少了整体结构的零件数，另一方面减少了一级管连接的问题，降低了一级管连接的失效风险。
10.3)优点和功效
11.本发明根据强预冷高超声速飞行动力系统中预冷器进出口二极管结构装配的复杂性，提供了一种用于承载换热排管的一体化功能性底座。优点主要体现在：1.整体底座结构采用3d打印一体化成形，由原有的两根进出一级圆环管改成一体件，降低了加工难度，同时降低了连接位置存在的缺陷风险；2.整体底座外圈凹陷设计使结构优化起到减重效果；3.整体底座上的总进出集成口设计为标准接口，方便强预冷器与动力系统中其他部件连接。
附图说明
12.图1是本发明的底座等轴侧结构示意图。
13.图2是本发明的底座侧面结构示意图。
14.图3是本发明的底座正面结构示意图。
15.图4是本发明的底座背面结构示意图。
16.图5是本发明的底座上剖面结构示意图。
17.图6是本发明的底座下剖面结构示意图。
具体实施方式
18.请参阅图1-6所示，本发明一种用于承载换热排管的一体化功能性底座，主体结构为圆环状，底座上下端面为平面；底座内圈为圆形通道结构，底部分布有4个吊耳和11个支撑杆固定挡块；底座外圈轮廓为腰形曲面结构，中间位置凹陷，凹陷位置均匀分布着11个2mm厚加强筋版和进出口总管，进出口总管还分别连通底座内部的两个环形流道，环形流道上各有11个小孔连通底座下端面。
19.所述底座，结构形式如图1所示，通过3d打印制作而成，材质为高温合金，底座整体高度56mm，内通道直径206mm，主体外轮廓尺寸386mm。
20.图2为底座侧面结构示意图，由图可见，底座上端面外圈存在8mm的对称倒角。底座外围的吊耳和支撑杆固定挡块位于底座下侧，吊耳和支撑杆固定挡块数量可根据底座大小调整，进出口总管大小分别为和分别位于底座两侧中间位置不同高度且呈一定角度，具体位置可根据外接的冷却介质进出方位调整，底座外圈结构为加强筋加腰形曲面结构，该优化结构为整个底座减轻了重量。
21.图3为底座正面结构示意图，可见底座下端面的支撑杆固定块、吊耳和进出总管具体方位，11个支撑杆固定块为等距分布，4个吊耳为避免干涉大致分布在四个方位，进出口总管呈钝角分布。
22.图4为底座背面结构示意图，可见底座下端面在直径228mm和339mm的内外两层各有11个沉头孔，其中内层圆孔直径为8.4mm，连通至底座内部的环形流道；沉头直径11mm，深度2mm，主要连接进口二极管；外层圆孔直径18mm，连通至底座内部的环形流道；沉头直径21mm，深度2mm，主要连接出口二极管。内外层沉头孔主要用于放置密封垫圈，便于连接二极管时起到密封作用。底座上均匀分布有11个支撑杆固定挡块，支撑杆挡块厚度8mm，在支撑杆固定挡块底部中间加工有直径10mm深4mm的螺纹盲孔，用于预冷器外框架支撑杆的连接。
23.图5和图6为底座不同高度方向上的剖面图，由图可见，在底座内部存在有两个环形流道，且两个环形流道不在同一高度，内圈环形流道中心平面相对于底座底面高度为37mm，流道直径为14mm，外圈环形流道中心平面相对于底座底面高度为17mm，流道直径为22mm，直径14mm的环形流道与进口总管连接，直径22mm是环形流道与出口总管连接；在两个环形流道下方各均匀分布11个圆孔与底座下端面的沉头孔连通。环形流道、进出总管和底座下端面沉头孔一体化结构一方面减少了整体结构的零件数，另一方面减少了一级管连接的问题，降低了一级管连接的失效风险。
24.底座加工后在底座内外两层沉头孔处放置相匹配的密封垫圈，然后将预冷器换热模块的内外层进出口二极管安装在沉头孔处，通过拉杆与支撑杆固定挡块的作用将进出口二极管与底座密封连通；底座外圈的进出口总管外接冷却介质进出管道。整个底座的工作状态为：冷却介质经由进口管道组件通过进口总管进入底座内部直径14mm的环形流道，后流经进口二极管，再经11个进口二极管流入所有的薄壁毛细管内，最后经11个出口二极管流回底座内部的直径22mm的环形流道，从出口总管流出，从而实现强预冷器热交换的功能。