一种适用于航空发动机的板式空-油预冷器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种适用于航空发动机的板式空

【技术实现步骤摘要】
一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器


[0001]本技术属于航空发动机冷却
，尤其是涉及一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器。

技术介绍

[0002]高超声速飞行器的飞行速度一般在马赫5以上，此时发动机进气口来流空气的滞止温度可超过1500K，压气机可用增压比降低，严重影响了热循环效率，也对发动机的耐热性能提出了更高的要求。为解决高马赫数飞行时，发动机进口空气的高滞止温度给发动机带来的种种不利影响，对进入发动机的空气进行预冷的技术日益受到重视。所谓预冷技术即在常规发动机前增添预冷装置，将进入发动机压气机进口的高温空气预先冷却，使温度降低到航空涡轮发动机能正常工作的温度。在高超声速飞行时，降低进气温度可扩展高马赫数飞行范围，改善各部件工作条件，缓解发动机机体高温防护问题；降低进气温度可提高进气密度以增大进气质量流量，进而增大推力；高速滞止热的适当利用可提高循环热效率。
[0003]然而航空发动机的使用环境对空气冷却器提出了特殊严苛的使用要求，其中轻质大功率预冷器是发动机热力循环中的关键组件，其作用为在极短的时间内从来流空气中吸取足够的热量，达到深度冷却空气的目的，这要求预冷器有很高的功重比及紧凑度，同时又要处理好空气的流阻问题，工程实现难度很大。
[0004]目前的预冷器以管束式换热器为主，冷却用燃料在毛细管内流动，空气流经毛细管间的缝隙而实现与燃油的换热，但是存在以下问题：1、在薄壁毛细管预冷器中，薄壁毛细管的制造是紧凑快速换热器的关键，但目前还存在一系列难以突破的技术壁垒。例如其壁厚和均匀度严重影响到后续的换热能力、换热效率和结构可靠性。此外，薄壁毛细管后续定位装配过程要求两端端口具有很高的同心度，以保证钎料均匀分布在待焊接头处。这些都对薄壁毛细管的制造提出了非常苛刻的要求，为了成功制造薄壁毛细管，必须深入掌握其流动变形机理，包括微尺度变形中的晶粒尺寸效应、几何尺寸效应关系，以及温度对其尺寸效应的影响等问题。2、薄壁毛细管达不到强化换热的效果。与增强型预冷器相比，要想置换相同的热量需要布置更多毛细管，需要更多的空间来布置预冷器，而航天器的空间有限。3、毛细管式换热器，燃油在毛细管内流动，空气在各个毛细管的空隙中流动，有较大的阻力，降低了空气的总压恢复系数，不利于发动机性能的提高。 4.于此同时，由于毛细管的尺寸限制，难以在毛细管内部均匀的涂敷催化剂以促进燃料的吸热反应而利用其化学吸热能力吸收更多热量。如何有效利用有限的燃料对空气进行冷却，并且尽可能减小进口空气的压损是预冷技术的关键。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本技术旨在提出一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器，以解决现有管式换热结构换热能力不理想，空气侧流动阻力大的问题。本申请能够有效利用有限的燃料对空气进行冷却，并且尽可能减小进口空气的压损，可进一步提升当前预冷器的
冷却能力，降低空气侧流动阻力损失，提高总压恢复系数。
[0006]为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器，包括燃油侧组件、空气侧组件、内部汇流管道组和外部汇流管道组，所述的燃油侧组件包括若干并排布置的燃油侧单元，所述的空气侧组件包括若干并排布置的空气侧单元，若干并排布置的燃油侧单元和若干并排布置的空气侧单元同轴间隔布置且相互间固定连接形成筒状冷却结构，筒状冷却结构的最底端和最顶端均为燃油侧单元，在位于最顶端的燃油侧单元上设有一个封闭盖板，所述的燃油侧组件为封闭式结构，所述的空气侧组件为开放式结构，所述的内部汇流管道组和外部汇流管道组分别固定在筒状冷却结构的内表面和外表面，所述的燃油侧组件的内部与内部汇流管道组连通，外部与外部汇流管道组连通，所述的空气侧组件的外部与内部直接与空气连通；
[0008]燃油自内部汇流管道组从筒状冷却结构内侧流经若干燃油侧单元向外部流动到达外部汇流管道组，空气自筒状冷却结构的外侧流经若干空气侧单元后向内部流动，燃油与空气形成交叉流，实现热量交换。
[0009]更进一步的，所述燃油侧单元包括环状燃油侧底板和若干燃油侧肋板，若干燃油侧肋板自环状燃油侧底板的内环处向环状燃油侧底板的边缘处螺旋布置，燃油侧肋板的底端与环状燃油侧底板固定连接，顶端与相邻的空气侧单元固定连接，相邻两个燃油侧肋板之间形成燃油侧微通道，每个所述的燃油侧单元的内周侧和外周侧分别设有一封闭环，且在内部的封闭环的与内部汇流管道组对应位置处设有内连通通道，在外部的封闭环的与外部汇流管道组对应位置处设有外连通通道。
[0010]更进一步的，所述空气侧单元包括环状空气侧底板和若干空气侧翅片，若干空气侧翅片自空气侧底板的内环处向环状空气侧底板的边缘处均匀布置，空气侧翅片的底端与环状空气侧底板固定连接，顶端与相邻的燃油侧单元的环状燃油侧底板固定连接，相邻两个空气侧翅片之间形成空气侧微通道，所有的空气侧微通道的内外两端均为开放端。
[0011]更进一步的，所述空气侧翅片的高度高于燃油侧肋板的高度设置。
[0012]更进一步的，所述燃油侧微通道为渐开线型结构，所述空气侧微通道为波纹式结构。
[0013]更进一步的，所述内部汇流管道组和外部汇流管道组均包括若干汇流管，内部汇流管道组和外部汇流管道组的汇流管数量相同，且其数量根据空气流量和燃油流量配置，内部汇流管道组件的汇流管均匀固定在筒状冷却结构的内表面，外部汇流管道组件的汇流管均匀固定在筒状冷却结构的外表面，且内部的汇流管和外部的汇流管均与筒状冷却结构的轴线平行布置，内部汇流管道组件的汇流管和外部汇流管道的汇流管交错布置。
[0014]更进一步的，在内部汇流管道组和外部汇流管道组的所有汇流管上均开设有若干与燃油侧单元连通的通孔。
[0015]更进一步的，在所述燃油侧微通道的内壁和空气侧微通道的内壁上均设有若干微肋。
[0016]更进一步是，在所述燃油侧肋板的板面上涂覆一层催化剂。
[0017]更进一步的，所述燃油侧微通道和空气侧微通道的截面均为矩形。
[0018]与现有技术相比，本技术所述的一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器
的有益效果是：
[0019]1.本申请针对航空发动机对来流空气的需求，利用飞行器自身携带的燃料对取自大气的空气进行预冷，空气和燃油均有各自的通道，减小了传统管束式预冷器结构中因空气横掠管束而造成的压力损失。
[0020]2.介质流通的通道截面为矩形，利用肋效应，可增强换热效果；在壁面设置微肋破坏通道内流体的边界层，达到强化换热的效果。
[0021]3.燃油侧和空气侧通道曲线形流动路径增加了流体驻留时间，可充分利用燃料的吸热能力。同时可根据压力损失的需求调整路径长度，使吸热和压力损失达到平衡。
[0022]4.燃油侧微通道和空气侧微通道截面均为矩形，更易于加工，也使内壁微肋的设置更加方便。
[0023]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器，其特征在于：包括燃油侧组件(2)、空气侧组件(3)、内部汇流管道组和外部汇流管道组，所述的燃油侧组件(2)包括若干并排布置的燃油侧单元，所述的空气侧组件(3)包括若干并排布置的空气侧单元，若干并排布置的燃油侧单元和若干并排布置的空气侧单元同轴间隔布置且相互间固定连接形成筒状冷却结构，筒状冷却结构的最底端和最顶端均为燃油侧单元，在位于最顶端的燃油侧单元上设有一个封闭盖板(10)，所述的燃油侧组件(2)为封闭式结构，所述的空气侧组件(3)为开放式结构，所述的内部汇流管道组和外部汇流管道组分别固定在筒状冷却结构的内表面和外表面，所述的燃油侧组件(2)的内部与内部汇流管道组连通，外部与外部汇流管道组连通，所述的空气侧组件(3)的外部与内部直接与空气连通；燃油自内部汇流管道组从筒状冷却结构内侧流经若干燃油侧单元向外部流动到达外部汇流管道组，空气自筒状冷却结构的外侧流经若干空气侧单元后向内部流动，燃油与空气形成交叉流，实现热量交换。2.根据权利要求1所述的一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器，其特征在于：所述燃油侧单元包括环状燃油侧底板(4)和若干燃油侧肋板(5)，若干燃油侧肋板(5)自环状燃油侧底板(4)的内环处向环状燃油侧底板(4)的边缘处螺旋布置，燃油侧肋板(5)的底端与环状燃油侧底板(4)固定连接，顶端与相邻的空气侧单元固定连接，相邻两个燃油侧肋板(5)之间形成燃油侧微通道(6)，每个所述的燃油侧单元的内周侧和外周侧分别设有一封闭环，且在内部的封闭环的与内部汇流管道组对应位置处设有内连通通道，在外部的封闭环的与外部汇流管道组对应位置处设有外连通通道。3.根据权利要求2所述的一种适用于航空发动机的板式空
‑
油预冷器，其特征在于：所述空气侧单元包括环状空气侧底板(9)和若干空气侧翅片(7)，若干空气侧翅片(7)自环状空气侧底板(9)的内环处向环状空气侧底板(9)的边缘处均匀布置，空气侧翅片...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，吴坤，陈富强，曹勇，秦江，黄洪雁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：新型
国别省市：