[發明專利]一種低流阻緊湊型預冷器及其制造方法

有效

• 申請號: 201911046127.6
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110925097B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 王正;馬同玲;侯澤兵;張志剛
• 申請（專利權）人: 北京動力機械研究所
• 主分類號: F02C7/143
• 分類號: F02C7/143;B23P15/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝

本發明涉及一種低流阻高效緊湊型預冷器結構及其制造方法。該結構包括進氣導流蓋、進氣支承罩、換熱管、隔板罩、承力柱、間隔套、支承罩、端面導流蓋、縫合螺釘、縫合螺母和鎖緊螺母。根據換熱功率、被冷卻工質和冷卻工質進出口參數等，確定零部件的結構尺寸參數及裝配擰緊力矩，在完成零部件制造的基礎上，首先進行換熱管和支承罩的裝配、支承罩和端面導流蓋的裝配以及承力柱同支承罩和端面導流蓋的裝配，其次進行隔板罩和間隔套同換熱管與承力柱的裝配，然后進行進氣支承罩同換熱管和承力柱的裝配，最后進行進氣導流蓋同進氣支承罩、承力柱的裝配，形成完整的預冷器結構。該結構具有流阻小、功率密度高、制造難度低、結構可靠等特點。

技術領域

本發明屬于預冷動力技術領域，具體涉及一種低流阻高效緊湊型預冷器結構及其制造方法。

背景技術

預冷發動機是借助預冷器及其相關部件和系統通過將空氣壓氣機進口的來流氣體進行預先冷卻，降低空氣壓氣機進口的氣體溫度，提高壓氣機進口氣體的質量流量，拓寬壓氣機的高效工作范圍，使發動機能夠適應飛行器在高速條件下的動力需求，是空天飛行器動力的重要發展方向之一。

預冷器作為預冷發動機最為核心的部件，對于拓寬發動機工作速域、提高發動機的推重比等性能參數起著十分重要的作用。為滿足預冷發動機的工程應用要求，預冷發動機所使用的預冷器需要具有換熱功率大、功率密度高、輕量化、高緊湊性、低流阻等特點。預冷器在工作過程中，一側為高溫空氣、一側為低溫工質，工作溫度梯度大，工作載荷環境復雜，特別是在飛行器高馬赫數的飛行條件下，預冷器的工作環境變得尤為嚴酷，承受著高溫、高壓來流空氣的高速沖擊。因此，預冷器不僅要求具有良好的換熱性能，而且還要求具有高可靠性，能夠保證預冷器高效換熱性能的有效發揮。

現有的預冷器普遍采用由微細管膜片換熱單元組裝而成的環形結構，具體為：首先，按設計尺寸將微細管進行切割并成型為具有漸開線的形狀特征；然后，通過焊接工藝將幾十根甚至上百根直徑相同的微細管與集氣管、支板等焊接在一起，形成預冷器的換熱膜片單元；最后，將若干個換熱膜片單元組裝在一起，形成完整的預冷器結構。在現有的預冷器結構中，被冷卻空氣沿徑向方向由外而內進入預冷器，冷卻工質則從換熱膜片單元的靠近中心一側的集氣管進入預冷器中的微細管內部，并從外側集氣管流出。現有的預冷器結構雖然可以實現高效換熱，具有高緊湊、高功率密度等特點，但是由于被冷卻空氣沿徑向方向垂直于軸線進入預冷器并沿軸向流出，預冷器流阻較大；同時，由于需要對微細管進行較為復雜成型工藝和對膜片單元進行焊接并組裝，導致預冷器的制造難度大、成本高；此外，預冷器通過多個換熱膜片單元上的集氣管與外部的冷卻工質管路相連，使得預冷器的外圍連接管路復雜、密封部位較多、體積和重量較大，而且不利于預冷器的結構可靠性。

針對預冷發動機對預冷器的高效換熱、高功率密度、低流阻、高可靠性等要求，需要結合空天動力對預冷器的需求，合理設計預冷器的換熱結構、優化被冷卻氣體和冷卻工質的流通路徑、簡化預冷器的外部連接接口、降低預冷器的制造難度，以實現預冷器的高性能與高可靠性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種低流阻緊湊型預冷器及其制造方法，該結構具體由進氣導流蓋、進氣支承罩、換熱管、隔板罩、承力柱、間隔套、支承罩、端面導流蓋、縫合螺釘、縫合螺母和鎖緊螺母組成。根據預冷器換熱功率、被冷卻工質的進出口溫度與壓力、冷卻工質的進出口溫度與壓力等參數，確定預冷器組成零部件的結構尺寸參數及螺紋裝配擰緊力矩，在完成零部件制造的基礎上，首先進行換熱管和支承罩的裝配、支承罩和端面導流蓋的裝配以及承力柱同支承罩和端面導流蓋的裝配，其次進行隔板罩和間隔套同換熱管與承力柱的裝配，然后進行進氣支承罩同換熱管和承力柱的裝配，最后進行進氣導流蓋同進氣支承罩、承力柱的裝配，形成完整的預冷器結構，具有結構緊湊、流阻小、制造難度低等特點。