一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构制造技术

本申请属于飞机功能结构设计领域，特别涉及一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构。包括：头锥外壳、空腔流道以及Y形分形流道。头锥外壳呈锥形，所述头锥外壳包括一体成型的上壳体以及下壳体，其中，所述上壳体的曲率大于所述下壳体的曲率；所述空腔流道沿周向开设在所述头锥外壳的头部，所述空腔流道具有第一进口以及第一出口，所述第一进口位于所述头锥外壳的顶端；所述Y形分形流道沿轴向开设在所述头锥外壳的内部，所述Y形分形流道具有第二进口以及第二出口，所述第二进口与所述第一出口连通，所述第二出口位于所述头锥外壳的末端，所述第二出口的个数为2

An active cooling structure of irregular curved surface based on Fractal channel

【技术实现步骤摘要】
一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构


[0001]本申请属于飞机功能结构设计领域，特别涉及一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构。

技术介绍

[0002]高马赫数飞行器为提高升阻比，前缘等位置需要采用更加尖锐轻薄的异形曲面气动外形，长时高马赫飞行将承受复杂力/热耦合环境，前缘局部小区域承受大热流冲击，沿航向热流密度梯级减小，散热面积逐级增大，容易引起局部结构超温，导致异形曲面外形结构表面存在极大温度梯度，产生较大结构热应力。
[0003]现有热结构/热防护设计多通过被动热防护硬抗，或者半主动热管等方式疏导热量，同时受到异形曲面外形约束，难以综合解决局部结构非均布热载散热与长时使用可靠性问题。
[0004]因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供了一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，以解决现有技术存在的至少一个问题。
[0006]本申请的技术方案是：
[0007]一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，包括：
[0008]头锥外壳，呈锥形，所述头锥外壳包括一体成型的上壳体以及下壳体，其中，所述上壳体的曲率大于所述下壳体的曲率；
[0009]空腔流道，所述空腔流道沿周向开设在所述头锥外壳的头部，所述空腔流道具有第一进口以及第一出口，所述第一进口位于所述头锥外壳的顶端；
[0010]Y形分形流道，所述Y形分形流道沿轴向开设在所述头锥外壳的内部，所述Y形分形流道具有第二进口以及第二出口，所述第二进口与所述第一出口连通，所述第二出口位于所述头锥外壳的末端，所述第二出口的个数为2
n
‑1，n为Y形分形流道的分级数。
[0011]在本申请的至少一个实施例中，所述头锥外壳的材料为钛合金。
[0012]在本申请的至少一个实施例中，所述基于分形流道的异形曲面主动冷却结构的冷却流体为20摄氏度的水。
[0013]在本申请的至少一个实施例中，所述Y形分形流道在所述头锥外壳的内部沿周向布置8个。
[0014]在本申请的至少一个实施例中，所述Y形分形流道的分级数n为3。
[0015]在本申请的至少一个实施例中，所述Y形分形流道的管径比γ取值范围为(0.5，1.0)。
[0016]在本申请的至少一个实施例中，所述Y形分形流道的分级比β取值范围为(0.2，1.0)。
[0017]在本申请的至少一个实施例中，所述Y形分形流道的分叉角度а取值范围为(15，90)。
[0018]在本申请的至少一个实施例中，所述Y形分形流道入口的长宽比κ取值范围为(0.4，7)。
[0019]专利技术至少存在以下有益技术效果：
[0020]本申请的基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，在异形曲面外形结构内布置空腔流道以及Y形分形流道，流道分布均匀，换热面积大，流阻小，适用于承受高热流密度且工作时间长的高马赫数飞行器局部高温异形曲面外形结构的冷却。
附图说明
[0021]图1是本申请一个实施方式的基于分形流道的异形曲面主动冷却结构示意图；
[0022]图2是本申请一个实施方式的基于分形流道的异形曲面主动冷却结构侧视图；
[0023]图3是本申请一个实施方式的基于分形流道的异形曲面主动冷却结构后视图；
[0024]图4是本申请一个实施方式的Y形分形流道示意图；
[0025]图5是本申请一个实施方式的Y形分形流道主视图。
[0026]其中：
[0027]1‑
头锥外壳；2
‑
空腔流道；3
‑
Y形分形流道；4
‑
第一外轮廓线；5
‑
第二外轮廓线；6
‑
第三外轮廓线；7
‑
第四外轮廓线；8
‑
第一进口；9
‑
第一出口；10
‑
第二进口；11
‑
第二出口；12
‑
第一内轮廓线；13
‑
第二内轮廓线；14
‑
第四内轮廓线；15
‑
第三内轮廓线。
具体实施方式
[0028]为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
[0029]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
[0030]下面结合附图1至图5对本申请做进一步详细说明。
[0031]本申请提供了一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，包括：头锥外壳1、空腔流道2以及Y形分形流道3。
[0032]具体的，参见图1
‑
图3，头锥外壳1呈锥形，头锥外壳1包括一体成型的上壳体以及下壳体，其中，上壳体的曲率大于下壳体的曲率。头锥外壳1是一种非规则曲率锥体结构，其末端是一个左右对称的结构，末端内外轮廓均由四条轮廓线围合而成，末端外轮廓线由第
一外轮廓线4、第二外轮廓线5、第三外轮廓线6以及第四外轮廓线7组成，末端内轮廓线由第一内轮廓线12、第二内轮廓线13、第四内轮廓线14、第三内轮廓线15组成，外轮廓线与对应的内轮廓线构成了曲率不同的圆弧。空腔流道2沿周向开设在头锥外壳1的头部，空腔流道2是一种将头锥外壳1内部掏空的非规则曲率的锥形空腔结构，空腔流道2具有第一进口8以及第一出口9，第一进口8位于头锥外壳1的顶端，空腔流道2的第一进口8为整体结构的流体入口。Y形分形流道3沿轴向开设在头锥外壳1的内部，Y形分形流道3为一种多级Y形分形结构，Y形分形流道3具有第二进口10以及第二出口11，第二进口10与第一出口9连通，第二出口11位于头锥外壳1的末端，若Y形分形流道3的分级数为n，则第二出口11的个数为2
n
‑1。
[0033]在本申请的优先实施例中，头锥外壳1的材料采用钛合金，基于分形流道的异形曲面主动冷却结构的冷却流体为20摄氏度的水。
[0034]在本申请的优先实施例中，Y形分形流道3在头锥外壳1的内部沿周向布置8个，8个Y形分形流道3呈周期性围绕镶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，其特征在于，包括：头锥外壳(1)，呈锥形，所述头锥外壳(1)包括一体成型的上壳体以及下壳体，其中，所述上壳体的曲率大于所述下壳体的曲率；空腔流道(2)，所述空腔流道(2)沿周向开设在所述头锥外壳(1)的头部，所述空腔流道(2)具有第一进口(8)以及第一出口(9)，所述第一进口(8)位于所述头锥外壳(1)的顶端；Y形分形流道(3)，所述Y形分形流道(3)沿轴向开设在所述头锥外壳(1)的内部，所述Y形分形流道(3)具有第二进口(10)以及第二出口(11)，所述第二进口(10)与所述第一出口(9)连通，所述第二出口(11)位于所述头锥外壳(1)的末端，所述第二出口(11)的个数为2
n
‑1，n为Y形分形流道(3)的分级数。2.根据权利要求1所述的基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，其特征在于，所述头锥外壳(1)的材料为钛合金。3.根据权利要求1所述的基于分形流道的异形曲面主动冷却结构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书博，于喜奎，林鹏，左林玄，陈文炯，赵东升，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：