一种喷嘴装置及喷枪的制作方法

本发明涉及飞机起落架梁疲劳裂纹修复设备技术领域，具体为一种喷嘴装置及喷枪。

背景技术：

随着战训频率以及强度的增加，大批量现役主战机型的起落架已经开始出现不同程度的疲劳裂纹，一旦产生疲劳裂纹如果不及时处理，则会严重影响起落架的使用寿命。在某型号飞机在大修时发现起落架梁出现疲劳裂纹，经前期研究论证，决定采用冷喷涂技术进行增材延寿修复。

目前采用的冷喷涂设备通过对高压载气体由电加热器预热到较高的温度，进入拉瓦尔喷管加速形成超音速气流，喷涂粉末由送粉气流携带并轴向注入到喷管内，随后由于喷管内超音速气流加速到高速，高速粒子以固态撞击基板产生剧烈塑性变形而形成涂层。

为了保证经过修复的起落架的强度符合标准，一般需要制备金属涂层，金属复合涂层制备过程常规做法是将两种或者两种以上的粉末按一定的比例机械混合后装入送粉器，有混合的粉末颗粒的粒径以及密度差别较大，往往难以有效混合均匀，通过送粉器加入到拉瓦尔喷管内的混合粉末的组分比例也可能产生偏离。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种喷嘴装置来解决上述金属涂层制备的粉末混合效果差影响涂层强度的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种喷嘴装置，包括拉瓦尔喷管，所述拉瓦尔喷管包括依次连通的收缩腔、喉部加速腔以及扩张腔；所述拉瓦尔喷管的内部还设有将喉部加速腔等分成两个子加速腔的分隔部，所述分隔部用于将收缩腔内的单股气流等分成两股气流分别导入两个子加速腔内进行加速；所述拉瓦尔喷管的管壁开设有两个与扩张腔连通的粉末入口，两个所述粉末入口分别用于将两种粉末送入经过加速的两股气流中并于扩张腔内充分混合。

进一步，两个所述粉末入口沿拉瓦尔喷管送料方向的轴线对称设置；所述粉末入口与所述轴线的之间的角度为-度。

进一步，所述拉瓦尔喷管位于扩张腔一端的外表面还设置有护套；所述护套内开设有沿拉瓦尔喷管外壁螺旋环绕的换热通道；所述换热通道包括开设在护套上的进液口以及出液口。

进一步，所述拉瓦尔喷管与分隔部为一体成型而成。

进一步，所述收缩腔截面面积沿进料口向喉部加速腔逐渐递减；所述扩张腔的截面面积沿喉部加速腔向出料口逐渐递增。

一种喷枪，包括加热装置以及送粉器，还包括所述的喷嘴装置。

本发明的有益效果是：该喷嘴装置通过收缩腔将经过加热的单股气流初步加速，单股气流通过分隔部时会均匀分隔成两股气流分别引入到喉部加速腔的两个子加速腔内，两股气流从喉部加速腔移动至扩张腔的过程中，将需要混合的两种金属粉末分别通过两个粉末入口导入至两股气流中，两种金属粉末随随两股气流输送到扩张腔内经过二段加速并充分混合，经过加速与充分混合的金属粉末撞击基板从而形成新的涂层。

附图说明

图1为本发明喷嘴装置的外部结构示意图；

图2为本发明喷嘴装置的剖面图；

图3为实施例二的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、拉瓦尔喷管，101、收缩腔，102、喉部加速腔，103、扩张腔，1a、分隔部，1b、粉末入口，2、护套，201、换热通道，3、加热装置，4、送粉器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

起落架是飞机下部用于起飞降落或地面(水面)滑行时支撑飞机并用于地面(水面)移动的附件装置。起落架是唯一一种支撑整架飞机的部件，因此它是飞机不可分缺的一部份；没有它，飞机便不能在地面移动。当飞机起飞后，可以视飞行性能而收回起落架。起落架装置是飞行器重要的具有承力兼操纵性的部件，在飞行器安全起降过程中担负着极其重要的使命，其上部的起落架梁(承力桁架)在飞机起降过程中受很大交变冲击载荷，一旦出现疲劳裂纹，将严重威胁飞行安全。

冷喷涂是种完全基于气体动力学原理的喷涂技术。颗粒加热温度低，仍然保持固态，固态颗粒在极高应力、应变和应变速率条件下通过“绝热剪切失稳”引起的塑性流变或者通过剧烈塑性变形等机械过程实现在工件表面上的沉积。因此喷涂过程中颗粒不易发生氧化、烧损、相变、组织变化等现象。

涂层的残余应力主要为压应力，喷涂效率高，可制备厚涂层甚至块体材料。基于上述特点，该技术在制备、发展新型材料涂层如纳米、非晶材料等热敏感材料涂层方面具有明显优势，而且能源消耗低、材料资源可回收利用、无环境污染，是一种绿色喷涂技术。经过试验，采用冷喷涂修补方式对飞机起落架梁的疲劳纹进行修复，可以有效提升起落架梁的结构强度以及表面的完整性，避免了结构整体裂纹的萌生寿命，大程度提升了起落架梁基体的疲劳寿命。

目前冷喷涂设备中的喷管一般采用拉瓦尔喷管。喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又由小变大向外扩张至箭底。箭体中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。

实施例一

如图1和图2所示，本发明提供的一种喷嘴装置，包括拉瓦尔喷管1，所述拉瓦尔喷管1包括依次连通的收缩腔101、喉部加速腔102以及扩张腔103，所述收缩腔101截面面积沿进料口向喉部加速腔102逐渐递减；所述扩张腔103的截面面积沿喉部加速腔102向出料口逐渐递增；所述拉瓦尔喷管1的内部还设有将喉部加速腔102等分成两个子加速腔的分隔部1a，所述拉瓦尔喷管1与分隔部1a为一体成型而成。

所述分隔部1a用于将收缩腔101内的单股气流等分成两股气流分别导入两个子加速腔内进行加速；所述拉瓦尔喷管1的管壁开设有两个与扩张腔103连通的粉末入口1b，粉末入口1b接入送粉器，两个所述粉末入口1b分别用于将两种粉末送入经过加速的两股气流中并于扩张腔103内充分混合。该喷嘴装置通过收缩腔101将经过加热的单股气流初步加速，单股气流通过分隔部1a时会均匀分隔成两股气流分别引入到喉部加速腔102的两个子加速腔内，两股气流从喉部加速腔102移动至扩张腔103的过程中，将需要混合的两种金属粉末分别通过两个粉末入口1b导入至两股气流中，两种金属粉末随随两股气流输送到扩张腔103内经过二段加速并充分混合，经过加速与充分混合的金属粉末撞击基板从而形成新的涂层。

在本实施例中，两个所述粉末入口1b沿拉瓦尔喷管1送料方向的轴线对称设置；所述粉末入口1b与所述轴线的之间的角度为60-90度，可以保证金属粉末能沿粉末入口1b顺利输送至扩张腔103内。

研发人员表明，冷喷涂装置的改进过程中，一个重要的改进方向就是提高工作气体问题，当工作气体种类确定后，温度是唯一可以改变速度的因素，金属粉末随气流载带和拖拽而被加速；但是对于一些低熔点和较软的金属粉末，由于喉部加速腔102比较窄，导致金属粉末很容易粘连在拉瓦尔喷管1的喉部加速腔102内，长时间工作会存在堵管现象，对比本发明通过金属粉末沿粉末入口1b直接送入至粉末入口1b内进行加速，保证金属粉末能获得加速的同时避免堵管现象的发生。

为了进一步改善堵管现象的问题，所述拉瓦尔喷管1位于扩张腔103一端的外表面还设置有护套2；所述护套2内开设有沿拉瓦尔喷管1外壁螺旋环绕的换热通道201；所述换热通道201包括开设在护套2上的进液口以及出液口，进液口导入冷却液，经过换热的冷却液沿出液口排出，通过对拉瓦尔喷管1的外部进行换热，有效降低扩张腔103内壁的温度，避免长时间工作过程中，扩张腔103内温度过高导致金属粉末融化而粘连在扩张腔103内壁，降低了堵管的风险。

实施例二

如图3所示，一种喷枪，包括加热装置3以及送粉器4，还包括所述的喷嘴装置，通过加热装置3对高压气流进行加热，经过加热的气流输送至喷嘴装置内，通过送粉器4将金属粉末输送至喷嘴装置扩张腔103内，金属粉末经过加速并充分混合后喷涂至待修复的飞机起落架基层表面，经过喷涂的起落架涂层结合强度较高，可达到100mpa以上，完全能够满足航空、航天等领域强负荷和长寿命的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。