一种球面收敛二元矢量喷管冷却结构的制作方法
【专利摘要】一种球面收敛二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，包括球形筒体、球形收敛调节片，球形筒体和球形收敛调节片采用双层侧壁结构，球形筒体固定不动，球形收敛调节片在球形筒体内腔绕球心滑动，球形收敛调节片靠近热燃气一侧的侧壁开有直孔；球形筒体靠近燃气一侧的侧壁上开有斜孔。本实用新型采用多种高效复合冷却方式对喷管壁面进行冷却，冷却气利用率高，可减少冷却气用量。中间状态时，气体从双层壁面夹层流过，利用翅片结构强化对流冷却，冷却效率高，同时内壁面采用气膜冷却，冷却效果好；最大状态时，壁面冷却通道的气体对喷管热端壁面进行冲击多斜孔换热，多斜孔壁加强了冷却气流与多斜孔壁内部的对流换热，换热效果大大提高。
【专利说明】一种球面收敛二元矢量喷管冷却结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及航空发动机喷管领域，主要应用于航空发动机轴对称球面矢量喷管的壁面冷却结构，同时也适用于其它具有类似球面结构的球面冷却。
【背景技术】
[0002]球面收敛二元矢量喷管是一种先进的多功能二元矢量喷管结构，该喷管收敛段为球形，扩张段为矩形，流道从圆形到非轴对称的过渡直接发生在喉道处，取消了二元矢量喷管的流道由圆转方的过渡段，依靠球面段绕球心的转动来调节喷管的不同状态(图1)。由于喷管内流道型面复杂，受到高温燃气容易产生热变形，使机构转动受到影响。因此需要对喷管壁面采取适当的冷却措施，使喷管调节片温度稳定在材料承受能力范围内，防止过大的热变形影响喷管喉道面积的调节。同时，球面收敛二元矢量喷管的一个重要特征是增强喷流与外流场气流掺混，降低红外辐射。对喷管壁面温度进行冷却，以降低其表面温度，有利于减小喷管的红外辐射强度，从而满足发动机的红外隐身要求。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是:提出一种结构简单的球面收敛二元矢量喷管壁面冷却结构。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种球面收敛二元矢量喷管壁面冷却结构，包括形筒体1、球形收敛调节片2。
[0005]具体为:球形筒体I和球形收敛调节片2采用双层侧壁结构，球形筒体I固定不动，球形收敛调节片2在球形筒体I内腔绕球心滑动，球形收敛调节片2靠近热燃气一侧的侧壁开有直孔；球形筒体I靠近燃气一侧的侧壁上开有斜孔。其特征在于:球形筒体I上的斜孔沿轴向分为5?8排，总数100?150个。球形收敛调节片2上的直孔直径为Φ2?3mm,沿轴向分为5?20排，每排沿周向均布，总数目为60?2000个。
[0006]当喷管处于中间状态时，球形收敛调节片与球形筒体之间搭接，此时冷却气体从两层薄壁之间流入，可以对热壁面进行有效的对流冷却，此外在I球形筒体与2球形收敛调节片上形成一层冷却气膜，可以对热燃气进行气膜冷却；而当喷管处于加力状态时，球形收敛调节片向前旋转，滑进球形筒体的夹层内，冷却气由球形筒体夹层均匀的流向收敛调节片的冷却通道内，此时气体先通过球形收敛调节片冲击直孔，对多斜孔壁进行冲击冷却，然后从球形筒体斜孔流出，在热侧壁面形成全覆盖气膜冷却。
[0007]本实用新型的优点是:采用多种高效复合冷却方式对喷管壁面进行冷却，冷却气利用率高，可减少冷却气用量。中间状态时，气体从双层壁面夹层流过，利用翅片结构强化对流冷却，冷却效率高，同时内壁面采用气膜冷却，冷却效果好；最大状态时，壁面冷却通道的气体对喷管热端壁面进行冲击多斜孔换热，多斜孔壁加强了冷却气流与多斜孔壁内部的对流换热，换热效果大大提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1球面收敛二元喷管基本结构示意
[0009]图2球面收敛二元矢量喷管结构及冷却方式示意图
[0010]图3球面收敛二元矢量喷管冷却通道局部放大图
[0011]图4气膜孔分布示意
【具体实施方式】
[0012]实施例1
[0013]下面对本实用新型做进一步详细说明。参见图1?图3，本实用新型的技术方案是:一种球面收敛二元矢量喷管壁面冷却结构，包括球形筒体1、球形收敛调节片2。
[0014]具体为:球形筒体I和球形收敛调节片2采用双层侧壁结构，球形筒体I固定不动，球形收敛调节片2在球形筒体I内腔绕球心滑动，球形收敛调节片2靠近热燃气一侧的侧壁开有直孔；球形筒体I靠近燃气一侧的侧壁上开有斜孔。其特征在于:球形筒体I上的斜孔沿轴向分为5?8排，总数100?150个。球形收敛调节片2上的直孔直径为Φ2?3mm，沿轴向分为5?20排，每排沿周向均布，总数目为60?2000个；
[0015]当喷管处于中间状态时，球形收敛调节片与球形筒体之间搭接，此时冷却气体从两层薄壁之间流入，可以对热壁面进行有效的对流冷却，此外在I球形筒体与2球形收敛调节片上形成一层冷却气膜，可以对热燃气进行气膜冷却；而当喷管处于加力状态时，球形收敛调节片向前旋转，滑进球形筒体的夹层内，冷却气由球形筒体夹层均匀的流向收敛调节片的冷却通道内，此时气体先通过球形收敛调节片冲击直孔，对多斜孔壁进行冲击冷却，然后从球形筒体斜孔流出，在热侧壁面形成全覆盖气膜冷却。
【权利要求】
1.一种球面收敛二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，包括球形筒体(I)、球形收敛调节片(2)，球形筒体(I)和球形收敛调节片(2)采用双层侧壁结构，球形筒体(I)固定不动，球形收敛调节片(2)在球形筒体(I)内腔绕球心滑动，球形收敛调节片(2)靠近热燃气一侧的侧壁开有直孔；球形筒体(I)靠近燃气一侧的侧壁上开有斜孔。
2.根据权利要求1所述的球面收敛二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述球形收敛调节片(2)上的直孔直径为Φ2?3mm，沿轴向分为5?20排，每排沿周向均布，总数目为60?2000个。
3.根据权利要求1所述的球面收敛二元矢量喷管冷却结构，其特征在于，所述球形筒体⑴上的斜孔沿轴向分为5?8排，总数100?150个。
【文档编号】F02K1/78GK204024854SQ201420464165
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月17日 优先权日:2014年8月17日
【发明者】孙轶 申请人:中国航空工业集团公司沈阳发动机设计研究所