一种航空发动机核心机排气装置冷却结构的制作方法

本申请属于航空发动机，特别涉及一种航空发动机核心机排气装置冷却结构。

背景技术：

1、航空发动机的核心机试验机相比整机，不包含低压涡轮，因此核心机的排气温度远高于整机排气温度，在核心机试车过程中，排气装置所处的环境温度与整机状态的高压涡轮出口温度相当。核心机排气装置主要作用为由喷管内外环构造核心机排气通道，确保核心机排气面积的有效性，为核心机性能指标判断提供重要依据。随着航空发动机各方面要求的不断提升，核心机排气温度已远超金属材料结构的使用极限。为了保证核心机试验机试车安全，需要对核心机排气装置有相应耐温或冷却措施。

2、现有的核心机排气装置主要有两类，第一类为金属材料排气装置，其冷却方式为常规的强迫对流换热形式，但在某型核心机试验状态点，排气装置冷侧换热系数量级约为100w/(m2.k)，热侧的主流道换热系数量级约为1000w/(m2.k)，两侧换热相差一个数量级，该冷却方式下排气装置壁面温度基本与燃气主流道温度水平相当，超温风险极大；第二类为陶瓷基材料排气装置，该类排气装置冷却方式与第一类一致，但第一类排气装置超温风险大，因此在材料上进行了改进，但陶瓷基材料面临费用高、加工周期久等问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种航空发动机核心机排气装置冷却结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、本申请的技术方案是：一种航空发动机核心机排气装置冷却结构，所述核心机排气装置冷却结构包括：喷管外环和喷管内环；

3、其中，喷管外环包括测量段机匣和收敛段机匣，所述测量段机匣包括测量段外机匣、测量段内机匣和测量段孔板，所述测量段孔板设置在测量段外机匣与测量段内机匣之间，使所述测量段外机匣与测量段孔板之间形成测量段集气腔，所述测量段孔板沿着气流流向分布有整圈的气流孔，测量段集气腔内的冷却气体通过气流孔对测量段内机匣进行冲击冷却；收敛段机匣包括收敛段外机匣和收敛段内机匣，所述收敛段外机匣和收敛段内机匣设置在测量段机匣后侧，收敛段外机匣与收敛段内机匣之间具有径向间距，所述间隙形成与测量段集气腔联通的收敛段夹层腔；

4、所述喷管内环包括内环外机匣、内环内机匣、内环孔板及隔热罩，所述内环孔板设置在内环外机匣与内环内机匣之间，从而在内环外机匣与内环孔板之间形成冷却通道，内环进气腔进入的冷却气体进入所述冷却通道从而对内环外机匣进行冷却；所述隔热罩设置在内环内机匣的末端，用于将内环内侧腔分割成两部分，以防止主流道的高温气体从后侧灌入喷管内环机匣的内侧腔室。

5、在本申请优选实施方式中，所述测量段孔板与测量段外机匣的距离大于测量段孔板与测量段内机匣的距离。

6、在本申请优选实施方式中，所述收敛段外机匣与收敛段内机匣的径向间距尽可能的小以提高收敛段机匣的冷却效果。

7、在本申请优选实施方式中，所述内环孔板成t字型，其包括沿着轴向延伸的主体部和沿着径向延伸的支撑部，所述支撑部用于支撑主体部。

8、在本申请优选实施方式中，所述支撑部将内环孔板与内环内机匣之间的空腔划分为冲击前腔和冲击后腔，所述冲击前腔和冲击后腔能够均匀的将冷却气分配到内环外机匣的轴向前后端。

9、在本申请优选实施方式中，在保证核心机排气面积不变的前提下，尽可能缩短喷管内环机匣的轴向尺寸。

10、本申请提供的核心机排气装置冷却结构将排气装置的冷却方式由强迫对流换热改为冲击冷却，有效改善了排气装置热端部件的冷却效果；通过增加了喷管收敛段机匣的冷却，确保核心机排气面积的有效性，为核心机性能指标判断提供重要依据；该排气装置冷却结构采用金属材料制成，相比陶瓷基材料的排气装置，能够有效降低核心机生产加工成本。

技术特征：

1.一种航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，所述核心机排气装置冷却结构包括：喷管外环(20a)和喷管内环(20b)；

2.如权利要求1所述的航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，所述测量段孔板(23)与测量段外机匣(21)的距离大于测量段孔板(23)与测量段内机匣(22)的距离。

3.如权利要求1所述的航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，所述收敛段外机匣(25)与收敛段内机匣(25)的径向间距尽可能的小以提高收敛段机匣的冷却效果。

4.如权利要求1所述的航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，所述内环孔板(28)成t字型，其包括沿着轴向延伸的主体部和沿着径向延伸的支撑部(281)，所述支撑部(281)用于支撑主体部。

5.如权利要求4所述的航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，所述支撑部(281)将内环孔板(28)与内环内机匣(27)之间的空腔划分为冲击前腔(k4)和冲击后腔(k5)，所述冲击前腔(k4)和冲击后腔(k5)能够均匀的将冷却气分配到内环外机匣(26)的轴向前后端。

6.如权利要求1所述的航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，在保证核心机排气面积不变的前提下，尽可能缩短喷管内环机匣的轴向尺寸。

7.如权利要求1至6任一所述的航空发动机核心机排气装置冷却结构，其特征在于，所述喷管外环(20a)和喷管内环(20b)均为金属材料制成。

技术总结
本申请提供了一种航空发动机核心机排气装置冷却结构，包括：喷管外环和喷管内环；其中，喷管外环包括测量段机匣和收敛段机匣，测量段机匣包括测量段外机匣、测量段内机匣和测量段孔板，测量段孔板设置在测量段外机匣与测量段内机匣之间；收敛段机匣包括收敛段外机匣和收敛段内机匣，收敛段外机匣和收敛段内机匣设置在测量段机匣后侧，收敛段外机匣与收敛段内机匣之间具有径向间距；所述喷管内环包括内环外机匣、内环内机匣、内环孔板及隔热罩，所述内环孔板设置在内环外机匣与内环内机匣之间；所述隔热罩设置在内环内机匣的末端，用于将内环内侧腔分割成两部分，以防止主流道的高温气体从后侧灌入喷管内环机匣的内侧腔室。

技术研发人员：麻丽春,方浩,田美,王海,程军,李毅
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16