一种高温低耗异形喷管制造技术

本发明专利技术公开了一种高温低耗异形喷管，用于解决高温异形喷管的有效冷却问题。该喷管包括：喉道段，其与超声速段密封固定连接，形状不规则且承受高温气流冲刷；超声速段，其与喉道段密封固定连接，承受低压高温气流冲刷，要求降低气流热损耗。本发明专利技术可以应用于特殊形状飞行器部件的防热考核试验。

A kind of high temperature and low consumption special-shaped nozzle

The invention discloses a high temperature and low consumption special shaped nozzle, which is used to solve the problem of effective cooling of high temperature special shaped nozzle. The nozzle includes the throat section, which is sealed and connected with the supersonic speed section, which is irregular in shape and is subjected to high temperature air flow. The supersonic section is connected with the throat section seal, and is subjected to the low pressure and high temperature air flow scour, which requires reducing the heat loss of the air flow. The invention can be applied to the heat proof examination of special shaped aircraft components.

【技术实现步骤摘要】
一种高温低耗异形喷管
本专利技术属于飞行器防热结构考核地面模拟
，特别涉及一种高温低耗异形喷管。
技术介绍
喷管是飞行器防热结构考核地面模拟试验设备，用于模拟飞行器在飞行时遭遇的热环境，一些特殊形状的试验模型需要高温异形喷管，受电弧加热器功率和热效率的限制，需要高温异形喷管在超声速段做降耗处理。某些特殊形状的试验模型，需要提供的热气流条件是在喷管喉道上游气流温度达到3000℃，气流压力达到3MPa，在超声速段气流温度保持1000℃，压力界于±0.1MPa之间的某个数值。传统喷管一般采用金属材料，轴对称喷管采用内外壳结构，矩形喷管采用打孔冷却结构，对于高温异形喷管的喉道段因为形状负责采用内外壳结构时容易产生变形，采用打孔冷却结构时无法实现弯曲孔的加工。对于高温异形喷管的超声速段，采用水冷结构会使超声速段壁面带走大量热量，造成气流温度衰减，不满足试验需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高温低耗异形喷管，用于满足特殊形状模型的气动热地面模拟试验的需求。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种高温低耗异形喷管，包括：喉道段，其与超声速段密封固定连接，形状不规则且承受高温气流冲刷；超声速段，其与喉道段密封固定连接，承受低压高温气流冲刷，要求降低气流热损耗。优选的是，所述的高温低耗异形喷管，所述喉道段与超声速段密封固定连接，二者的内型面沿气流方向为非对称且先收缩后扩散的形状，扩散段中与气流垂直方向的截面为非对称多边形；喉道段环内型面均布冷却水通道。优选的是，所述的冷却水通道的截面直径D取值范围为1～5mm。优选的是，所述的水冷通道和喉道段内壁面之间的距离H取值范围为1～3mm。优选的是，所述喉道段采用3D打印技术加工。优选的是，所述的喉道段采用金属材料，选用原则为熔点不低于900℃，热导率不低于200W·m-1·K-1，抗拉强度不低于280MPa。优选的是，所述的超声速段包括内壳和外壳；二者固定连接，内壳为非金属材料，外壳为金属材料。优选的是，所述的内壳对材料的性能要求是1000℃环境中热导率小于100W·m-1·K-1。优选的是，所述的内壳的厚度要求喷管连续工作100s，内壳外壁面温度要低于200度。优选的是，所述的外壳能够承受±0.1MPa的压力。优选的是，所述的喉道段的入口截面为圆形，从入口到扩散段之间平滑过渡。本专利技术至少包括以下有益效果：由于采用新型结构设计和加工工艺(3D打印技术)，使喉道段的复杂形状内表面能够精确成型。由于采用新型结构设计和加工工艺，使喉道段的复杂形状内表面得到有效冷却，喉道段能够承受3000℃气流冲刷。由于采用新型结构设计和加工工艺，使喉道段能够承受3MPa的气流压力。由于采用特殊结构设计和复合材料，使超声速段内壁能够承受1000℃常压气流冲刷。由于采用特殊结构设计和复合材料，使超声速段内气流温度保持恒定。由于采用特殊结构设计和复合材料，使超声速段能够承受±0.1MPa的压力。附图说明图1为本专利技术所述的一种高温低耗异形喷管结构图；图2为本专利技术所述的喉道段的结构图；图3为本专利技术所述的喉道段的横截面图。图4为本专利技术所述的超声速段的结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术技术方案的优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术做详细说明。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种高温低耗异形喷管，包括：喉道段1、超声速段2；喉道段1与超声速段2密封固定连接，二者的内型面沿气流方向为非对称且先收缩后扩散的形状，扩散段中与气流垂直方向的截面为非对称多边形；喉道段环内型面均布冷却水通道。需要说明的是，需要进行气动计算，确定喉道段1和超声速段2的分界点，保证超声速段2承受的气流温度和压力在材料性能极限内。具体的，喉道段1与超声速段2通过螺栓和密封圈实现密封固定连接，二者的内型面沿气流方向为非对称且先收缩后扩散的形状，扩散段中与气流垂直方向的截面为非对称多边形；喉道段1环内型面均布冷却水通道。具体的，根据试验需要的来流条件确定喷管的气动形状，根据喷管的气动形状和热气流流动特性确定气流压力和气流温度分布特性，以此确定喉道段1和超声速段2的分界点，本实施例中分界点在喉道下游100mm处。如图2和图3所示，本专利技术的一种实施方式中，本专利技术实施例提供的喉道段。需要说明的是，所述的冷却水通道5的截面直径D取值范围为1～5mm。需要进一步说明的是水冷通道5和喉道段1内壁面之间的距离H取值范围为1～3mm。需要进一步说明的是，喉道段1采用3D打印技术加工。需要进一步说明的是，喉道段1采用金属材料，选用原则为熔点不低于900℃，热导率不低于200W·m-1·K-1，抗拉强度不低于280MPa。需要进一步说明的是，喉道段1的入口截面为圆形，从入口到扩散段之间平滑过渡。具体的，冷却水通道5的截面直径D取值为3mm。具体的，水冷通道5和喉道段1内壁面之间的距离H取值为2mm。具体的，通过3D打印技术可以获得任意形状的进水管3、进水集水环4、水冷通道5、出水集水环6和出水管7，所述的进水管3、进水集水环4、水冷通道5、出水集水环6和出水管7形成冷却系统。具体的，喉道段1采用3D打印技术加工。具体的，喉道段1采用高温合金钢材料。具体的，喉道段1的入口截面为圆形，从入口到扩散段之间平滑过渡。如图4所示，本专利技术的一种实施方式中，超声速段2包括内壳8和外壳9。需要说明的是，超声速段包括内壳8和外壳9；二者固定连接，内壳8为非金属材料，外壳9为金属材料。需要进一步说明的是，内壳8对材料的性能要求是1000℃环境中热导率小于100W·m-1·K-1。需要进一步说明的是，内壳8的厚度要求喷管连续工作100s内壳8外壁面温度要低于200度。需要进一步说明的是，外壳能够承受±0.1MPa的压力。具体的，内壳8和外壳9通过螺栓和密封圈实现固定密封连接。具体的，所述内壳8采用氮化硅或氮化硼等耐高温材料。具体的，所述内壳8壁厚a取值10mm。具体的，所述外壳9采用不锈钢材料。具体的，所述外壳9壁厚b取值为10mm。本专利技术提供的一种高温低耗异形喷管，通过采用3D打印技术实现了喉道段特殊形状的有效冷却和强度保证，通过使用耐高温材料和金属材料结合的方式，实现了超声速段降低热损耗保持气流恒温的目的。喉道段1能够承受3000℃气流冲刷和3MPa的气流压力，超声速段2内壁能够承受1000℃常压气流冲刷和±0.1MPa的压力，满足特种试验要求。本专利技术可以应用于飞行器防热结构考核地面模拟
尽管本专利技术的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以适用于各种适合本专利技术的领域中，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本专利技术并不限于特定的细节和这里示出和描述的图例。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温低耗异形喷管，其特征在于，包括：喉道段、超声速段；喉道段与超声速段密封固定连接，二者的内型面沿气流方向为非对称且先收缩后扩散的形状，扩散段中与气流垂直方向的截面为非对称多边形；喉道段环内型面均布冷却水通道。

【技术特征摘要】
1.一种高温低耗异形喷管，其特征在于，包括：喉道段、超声速段；喉道段与超声速段密封固定连接，二者的内型面沿气流方向为非对称且先收缩后扩散的形状，扩散段中与气流垂直方向的截面为非对称多边形；喉道段环内型面均布冷却水通道。2.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：所述的冷却水通道的截面直径D取值范围为1～5mm。3.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：水冷通道(5)和喉道段(1)内壁面之间的距离H取值范围为1～3mm。4.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：喉道段采用3D打印技术加工。5.根据权利要求1所述的喷管，其特征在于：喉道段(1)采用金属材料，选用原则为熔点不低于900℃，热导率不低于20...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈连忠，袁国伍，彭锦龙，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11