[發明專利]一種帶冷卻結構的S彎收擴噴管

有效

• 申請號: 202110246196.2
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113006964B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 惠中豪;史經緯;周莉;王占學
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K1/06
• 分類號: F02K1/06;F02K1/78
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

本發明一種帶冷卻結構的S彎收擴噴管，屬于航空發動機領域；包括收斂段、擴張段和氣膜冷卻結構；收斂段的第一噴管段的入口為進氣口，第二噴管段的出口為噴管喉道；擴張段的入口套裝于噴管喉道外圍，沿軸向有重疊部分，之間形成的環形間隙為氣膜冷卻狹縫；氣膜冷卻結構包括環狀冷卻氣通道、冷卻通道支板、氣膜冷卻孔和氣膜冷卻狹縫；冷卻通道外壁面通過冷卻通道支板沿周向固定于噴管的外圍，形成環狀冷卻氣通道；氣膜冷卻孔開于收斂段的外壁面上；冷卻氣流通過氣膜冷卻孔和氣膜冷卻狹縫流入噴管內、并覆蓋于高溫噴管內壁面上。擴張段激波干擾導致冷卻氣體難以射入噴管內部問題，以及高溫噴管壁面與高溫尾噴氣流產生的高的紅外輻射問題。

技術領域

本發明屬于航空發動機領域，具體涉及一種帶冷卻結構的S彎收擴噴管。

背景技術

現代戰場信息化程度的不斷加深與偵測技術的快速發展，極大推動了武器的索敵能力，對戰斗機形成了巨大的威脅。因此，戰斗機亟待提高隱身性能。航空發動機尾噴管作為推進系統重要部件，其高溫壁面及高溫燃氣所引起的紅外輻射成為紅外制導武器主要探測對象，因此需要采取措施降低尾噴管的紅外輻射。而S彎噴管能夠有效抑制排氣系統的紅外與雷達信號，因此被廣泛應用于隱身戰斗機和無人機。現代空戰形勢對戰斗機的要求是超機動性能、超音速巡航能力，最顯著的方法是提高渦輪前的燃氣溫度，造成噴管的熱負荷也不斷增加。因此關于噴管的冷卻研究很有必要，關于噴管冷卻的研究大多是對于二元噴管，未見關于S彎噴管冷卻的研究。而S彎噴管由于是薄壁結構，且壁面曲率變化大，在面對高溫燃氣沖刷時更容易被破壞，因此S彎噴管的冷卻問題待解決。

西北工業大學周莉老師發表的文章“S彎收擴噴管流動特性數值研究”表明，噴管處于過膨脹狀態時，在噴管擴張段會產生激波，且隨著落壓比的增加，激波會向噴管出口方向移動。S彎收擴噴管的擴張段出現的激波會抑制氣膜冷卻氣體的出流，使冷卻效率降低，從而導致冷卻氣覆蓋效果差的噴管壁面被高溫燃氣侵蝕，造成噴管的破壞。所以S彎收擴噴管相較于S彎收斂噴管，還需考慮如何解決其擴張段的氣膜冷卻氣體難以出流的問題。

發明內容

要解決的技術問題：

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種帶冷卻結構的S彎收擴噴管，以至少解決現有技術中S彎收擴噴管受到高溫燃氣沖刷而產生的結構變形問題、擴張段激波干擾導致冷卻氣體難以射入噴管內部問題，以及高溫噴管壁面與高溫尾噴氣流產生的高的紅外輻射問題。

本發明的技術方案是：一種帶冷卻結構的S彎收擴噴管，沿氣流方向依次包括第一噴管段和第二噴管段，所述第一噴管段的入口為S彎收擴噴管的進氣口；其特征在于：所述第一噴管段和第二噴管段為收斂段，從第一噴管段的入口到第二噴管段的出口呈逐漸收斂的結構，第二噴管段的出口為噴管喉道；

所述S彎收擴噴管還包括擴張段和氣膜冷卻結構；

所述擴張段的入口同軸套裝于所述收斂段的噴管喉道外圍，其出口作為S彎收擴噴管的排氣口，從入口到出口呈逐漸擴張的結構；擴張段的入口內壁與噴管喉道外壁沿軸向有重疊部分，之間形成的環形間隙為氣膜冷卻狹縫；

所述氣膜冷卻結構包括環狀冷卻氣通道、冷卻通道支板、氣膜冷卻孔和氣膜冷卻狹縫；所述冷卻通道外壁面通過多個冷卻通道支板沿周向固定于噴管的收斂段和擴張段外圍，噴管外壁面和冷卻通道外壁面之間的封閉環形空腔形成環狀冷卻氣通道；所述環狀冷卻氣通道位于進氣口一側設置有冷卻通道供氣管道，用于通入冷卻氣體；所述氣膜冷卻孔設置于收斂段的外壁面上；冷卻氣流通過氣膜冷卻孔和氣膜冷卻狹縫流入噴管內、并覆蓋于高溫噴管內壁面上。

本發明的進一步技術方案是：所述收斂段的第一噴管段和第二噴管段均為S形，擴張段的中心線位于收斂段的中心線上。

本發明的進一步技術方案是：所述收斂段的第一噴管段與第二噴管段在軸向的長度比在2:3至2:5之間。