[發明專利]一種大深寬比變截面換熱通道

在審

• 申請號: 201410347802.X
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN105318356A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 丁兆波;許曉勇;孫紀國;王維彬;喬桂玉;田原;趙世紅;高翔宇;李丹琳;劉紅珍;王召;程鵬;王仙
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42;F23M5/08
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 李東斌

技術領域

該技術屬于換熱通道領域，具體涉及一種大深寬比變截面換熱通道。

背景技術

再生冷卻是目前液體火箭發動機燃燒室內壁熱防護使用最廣泛的一種方法，利用推進劑在噴入燃燒室之前先通過燃燒室壁上的冷卻通道進行冷卻。

高壓大熱流燃燒室內壁在工作過程中要承受較大的交變高低溫差應力和壓差應力的耦合作用，工作環境非常惡劣，熱防護相當困難，沿用傳統的再生冷卻防護已難以滿足多次起動以及飛行過載情況下高室壓高混合比長時間工作的惡劣工況，多次長時工作后，燃燒室再生冷卻通道內壁會出現穿透性裂紋。對于高壓大熱流燃燒室，由于發動機渦輪泵增壓能力的限制，不能一味的依靠增加冷卻通道的許用壓降來提高冷卻能力，需要設計一種可以實現燃燒室氣壁溫和流阻最優配置，既確保燃燒室內壁在大熱流下的安全可靠熱防護，又減少冷卻介質壓降需求的新型換熱通道。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種適用于于高壓大熱流燃燒室，可以實現燃燒室氣壁溫和流阻最優配置。

本發明的技術方案如下：一種大深寬比變截面換熱通道，包括燃燒室室壁、換熱通道、燃燒室，所述燃燒室外周為燃燒室室壁，燃燒室室壁的內側為燃燒室內壁，外側為燃燒室外壁，側面為肋條，燃燒室內壁、燃燒室外壁與肋條共同圍成換熱通道，燃燒室左側為燃氣入口，右側為燃氣出口，燃氣由燃氣入口進入，由燃氣出口噴出；在換熱通道右側上下兩端，燃燒室內壁與燃燒室外壁之間為冷卻劑入口，在換熱通道左側上下兩端，燃燒室內壁與燃燒室外壁之間為冷卻劑出口。

所述換熱通道采用大深寬比結構，即通道深度與寬度的比值控制在6～9，其底部厚度控制在0.5～1.0mm。

所述換熱通道深度與寬度的比值控制在7～8。

所述換熱通道深度與寬度的比值控制在8～9。

所述換熱通道深度與寬度的比值控制在6～7。

所述燃燒室內壁3采用高熱導率的銅合金通過銑槽加工制成。

所述燃燒室外壁為高強度合金或電鑄鎳制成，采用擴散焊或電鑄的方式與燃燒室內壁結合。

本發明的顯著效果在于：換熱通道采用大深寬比結構，對流換熱效率高，流阻相對較??；沿燃燒室軸向不同位置，根據熱流密度的分布采用不同變截面的換熱通道，可以實現燃燒室氣壁溫和流阻最優配置，既確保燃燒室內壁在大熱流下的安全可靠熱防護，又減少冷卻介質壓降需求的新型換熱通道。

附圖說明

圖1為本發明所述的一種大深寬比變截面換熱通道平面結構示意圖；

圖2為圖1的A-A視圖；

圖3為圖1的B-B視圖；

圖4為圖1的C-C視圖；

圖中：1換熱通道、2肋條、3燃燒室內壁、4燃燒室外壁、5燃氣入口、6燃氣出口、7冷卻劑進口、8冷卻劑出口、9燃燒室

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

本發明為一種大深寬比變截面換熱通道，燃燒室9外周為燃燒室室壁，燃燒室室壁的內側為燃燒室內壁3，外側為燃燒室外壁4，側面為肋條2，燃燒室內壁3、燃燒室外壁4與肋條2共同圍成換熱通道1。燃燒室9左側為燃氣入口5，右側為燃氣出口6，工作過程中，燃氣由燃氣入口5進入，由燃氣出口6噴出。在換熱通道1右側上下兩端，燃燒室內壁3與燃燒室外壁4之間為冷卻劑入口7，在換熱通道左側上下兩端，燃燒室內壁3與燃燒室外壁4之間為冷卻劑出口8，冷卻劑由冷卻劑入口7流入，由冷卻劑出口8流出。通過冷卻劑和燃氣之間強烈的熱交換，將熱量帶走，以保持燃燒室內壁3工作在材料的許用溫度范圍之內。

換熱通道1采用大深寬比結構，即通道深度與寬度的比值控制在6～9，其底部厚度控制在0.5～1.0mm。所述的換熱通道1沿燃燒室軸向不同位置，根據熱流密度的分布采用不同變截面的換熱通道。在熱流密度最大的燃燒室喉部附近區域采用B-B截面所示的通道深度和寬度的換熱通道，其通道深度與寬度的比為8～9；在熱流密度較小的燃氣入口5附近采用A-A截面所示的通道深度和寬度的換熱通道，其通道深度與寬度的比為7～8；在熱流密度最小的燃氣出口6附近采用C-C截面所示的通道深度和寬度的換熱通道，其通道深度與寬度的比為6～7。

燃燒室內壁3采用高熱導率的銅合金通過銑槽加工制成，燃燒室外壁4采用擴散焊或電鑄的方式與燃燒室內壁3結合，材料采用高強度合金或電鑄鎳。