[發明專利]一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構及冷卻方法

在審

• 申請號: 202010059720.0
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111237087A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 魏祥庚;李玲玉;朱韶華;秦飛;趙志新;陳博;周之瑤;崔巍;景婷婷
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K9/64
• 分類號: F02K9/64;F02K9/40
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

1.一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構，其特征在于，包括由微孔板圍成的筒狀殼體(1)，所述筒狀殼體(1)的形狀與發動機金屬外殼(7)的形狀相一致，用于套設在所述金屬外殼(7)內，與所述發動機金屬外殼(7)間形成冷卻劑空腔(2)，且所述冷卻劑空腔(2)的下端為冷卻劑入口(3)，上端為冷卻劑出口(4)；在所述筒狀殼體(1)內側為燃氣腔(6)，所述燃氣腔(6)的上端與冷卻劑出口(4)相連通，將冷卻劑由上端噴入所述燃氣腔(6)內；

在所述微孔板(1)上開設有多個液膜噴射孔(5)，用于連通所述冷卻劑空腔(2)和燃氣腔(6)，將冷卻劑徑向噴入所述燃氣腔(6)內。

2.根據權利要求1所述的一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構，其特征在于，各所述液膜噴射孔(5)的孔徑為0.05mm-0.5mm。

3.根據權利要求1或2所述的一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構，其特征在于，所述冷卻劑空腔(2)的厚度為1-3mm。

4.根據權利要求3所述的一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構，其特征在于，所述筒狀殼體(1)的厚度為3mm-5mm。

5.根據權利要求4所述的一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構，其特征在于，所述微孔板(1)選用C/SiC復合材料。

6.一種航天發動機，其特征在于，包括權利要求1-5中任一項所述的一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構，還包括發動機金屬外殼(7)，所述筒狀殼體(1)套設在所述金屬外殼(7)內，與所述發動機金屬外殼(7)間形成冷卻劑空腔；在所述冷卻劑空腔(2)的下端、且位于所述金屬外殼(7)上，開設有與冷卻劑空腔(2)相連通的冷卻劑入口(3)，在下端、且位于所述發金屬外殼(7)上開設有冷卻劑出口(4)；所述筒狀殼體(1)內側形成燃氣腔(6)，所述燃氣腔(6)的上端與冷卻劑的出口相連通，將冷卻劑由上端噴入所述燃氣腔(6)內；

在所述微孔板(1)上開設有多個液膜噴射孔(5)，用于連通所述冷卻劑空腔(2)和燃氣腔(6)，將冷卻劑徑向噴入燃氣腔(6)內。

7.根據權利要求1-5中任一項所述的一種新型航天動力用微孔板主被動復合冷卻結構或權利要求6中一種航天發動機的冷卻方法，其特征在于，該冷卻方法如下：

冷卻劑從所述冷卻劑入口(3)進入冷卻劑空腔(2)中，一路冷卻劑由所述液膜噴射孔(5)徑向噴射，進入所述燃氣腔(6)，同時，在所述筒狀殼體(1)的內側形成一層液/氣膜，用于隔離燃氣腔(6)內的高溫氣體與筒狀殼體(1)；

另一路冷卻劑從所述冷卻劑出口(4)流出，由上端噴射至所述燃氣腔(6)，與氧化劑混合燃燒，產生高溫燃氣，所述高溫燃氣與液/氣膜劑接觸，進行傳熱傳質，熱量傳至所述筒狀殼體(1)的燃氣腔(6)側；然后熱量傳至所述冷卻劑空腔(2)側；所述冷卻劑空腔(2)內的冷卻劑與所述筒狀殼體(1)發生對流換熱，使得熱量傳入冷卻劑中；所述冷卻劑空腔(2)內的冷卻劑與金屬外殼(7)發生對流換熱，將熱量傳入所述金屬外殼(7)，即實現了冷卻。

8.根據權利要求7所述的一種航天發動機的冷卻方法，其特征在于，所述液膜噴射孔(5)中的冷卻劑的滲透率為0.5％-15％。