一种航空发动机引气冷却换热器制造技术

本发明专利技术提供了一种航空发动机引气冷却换热器，所述换热器为空

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机引气冷却换热器


[0001]本专利技术涉及航空发动机冷却术领域，特别涉及一种航空发动机引气冷却换热器。

技术介绍

[0002]提高推力和热效率始终是航空发动机设计者所追求的目标，根据热力循环基本原理可知，提高增压比和涡轮前温度是提高推力和热效率的关键技术途径。但随着航空发动机的增压比和最高涡轮前温度不断提高，航空发动机的热防护问题面临极大挑战：一方面涡轮前温度的提高使得热端部件的冷却需求加重，另一方面总压比的提高造成冷却空气温度升高，涡轮可用冷气冷却品质进一步降低，两者共同作用使得热端部件的工作环境更加恶劣，仅依靠材料耐温水平和冷却技术的发展已无法满足如此苛刻的热防护需求。
[0003]为改善上述问题，现有的做法是通过在进气道中增设预冷装置降低压气机进气温度，减小压气机功率，提高发动机的热效率，缓解发动机热端部件的热防护问题，因此，这种方式对于扩展飞行器飞行包线以及提高发动机推重比具有重要意义。
[0004]其中，较为常见的是CCA技术(cooled cooling air，也称冷却冷却空气技术)，通常CCA技术使用的热沉包括发动机外涵空气、航空煤油及冲压空气等，通过上述低温工质从高压压气机(highpressure compressor，HPC)出口引气提取热量，从而提高冷却空气的冷却品质，降低冷却引气流量和涡轮材料温度，提高发动机性能和寿命。
[0005]采用CCA技术能够大幅降低引气温度提高冷却引气品质，是解决上述问题的关键途径之一，目前已经受到了学术界和工业界的广泛关注。在CCA技术中，具有结构紧凑合理、可靠性高、材料耗量少、传热效率高、流体阻力低等特点的换热器是解决上述热防护问题的关键。
[0006]目前，常用的航空发动机热沉通常为外涵空气或航空燃料，根据冷却介质的不同，CCA技术使用的换热器主要分为两种：一种是在航空发动机外涵道内布置外涵空气－冷却空气换热器(空－空换热器)，利用外涵空气降低冷却气体温度；另一种是布置空－油换热器，利用航空燃料作为冷源对冷却空气进行冷却。对比这两种冷却方式，从吸热能力方面来看，虽然航空燃料的比热远大于空气，但是空
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油换热器在航空发动机中的应用会带来很多附加问题，因此，目前航空发动机更多以空气
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空气换热器研究为主。
[0007]为了满足航空航天应用中各种严苛的要求，在航空发动机引气冷却用换热器的研究中，换热器设计主要需解决以下三方面的问题：
[0008]第一、增加换热器势必会造成涡轮叶片冷却空气的压力损失，但涡轮叶片冷却空气必须有足够的压力裕度，才能通过叶片冷却孔进入主流燃气，因此，应尽量减小冷却空气经换热器后造成的压力损失；
[0009]第二、换热器的冷却效率与自身重量之间的权衡问题：换热器的自身重量与冷却效率息息相关、紧密联系，如何平衡换热器的冷却效率与自身重量是换热器设计者必须要考虑的一个关键因素；
[0010]第三、换热器的结构强度与安装问题：换热器的结构强度应足够大，如此才能使其
可靠性和稳定性得到保证，同时应注意换热器的安装方式，避免由于换热器的设置对发动机的结构造成不利影响。
[0011]目前，高压换热器的结构类型主要有套管式换热器、螺纹环式换热器、Ω环高压换热器、U形管换热器和蛇形管换热器等，一般地，冷却引气经换热器后压力损失通常为5％～20％，同时造成的外涵气损失也不容忽视，这极大地阻碍了航空发动机技术的发展，因此设计一种传热效率高、流动损失小、重量轻、可靠性高的新型航空发动机引气冷却换热器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0012]本专利技术提供一种传热效率高、流动损失小、重量轻、可靠性高的新型航空发动机引气冷却换热器。
[0013]为解决上述问题，本专利技术公开了一种航空发动机引气冷却换热器，所述换热器为空
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空换热器，所述换热器包括：
[0014]进气组件，其上设置进气口，所述进气组件整体呈环形结构；
[0015]出气组件，其上设置出气口，所述出气组件整体呈环形结构，所述进气组件和出气组件同轴设置；
[0016]换热管束，其设置在所述进气组件和出气组件之间，所述换热管束包括多个换热微管组，每个所述的换热微管组包括并列设置的多个螺旋状换热微管；
[0017]所述的多个换热微管组的前端沿周向间隔设置在所述出气组件上，且每个所述的换热微管组中的多个螺旋状换热微管的前端呈辐射状设置在所述出气组件上；
[0018]所述的多个换热微管组的后端沿周向间隔设置在所述进气组件上，且每个所述的换热微管组中的多个螺旋状换热微管的后端呈辐射状设置在所述进气组件上；
[0019]在相邻的两个换热微管组之间形成螺旋状的冷却介质通道；
[0020]所述换热器为逆流换热器，在进行换热时，来自高压压气机的引气通过所述进气口进入所述进气组件中、之后在所述换热管束中与冷却介质进行换热后，通过所述出气组件上的出气口排出；冷却介质通过所述冷却介质通道流经所述换热器。
[0021]进一步的，所述冷却介质为外涵空气。
[0022]进一步的，所述进气组件包括：
[0023]进气集管，其呈环形结构；
[0024]至少一个进气管，其与进气集管连通，来自高压压气机的引气通过所述进气管上的进气口进入所述进气组件中；
[0025]多个进气支管，所述的多个进气支管沿周向间隔设置在所述进气集管上，且所述的多个进气支管呈辐射状设置在所述进气集管的内侧。
[0026]进一步的，所述出气组件包括：
[0027]出气集管，其呈环形结构；
[0028]多个出气支管，所述的多个出气支管沿周向间隔设置在所述出气集管上，且所述的多个出气支管呈辐射状设置在所述出气集管的内侧；
[0029]至少一个出气管，其与所述出气集管连通，所述出气集管排出的引气通过所述出气管上的出气口排出所述换热器。
[0030]进一步的，在相邻的两个出气支管之间形成所述冷却介质通道的冷却介质入口，在相邻的两个进气支管之间形成所述冷却介质通道的冷却介质出口，冷却介质从所述冷却介质入口进入所述冷却介质通道中，与引气进行换热后，通过所述冷却介质出口排出。
[0031]进一步的，所述换热器还包括支撑筒，其为环形筒状结构，所述支撑筒与所述进气集管和出气集管同轴设置，所述出气支管沿周向、呈辐射状间隔设置在所述支撑筒的前端外侧，所述进气支管沿周向、呈辐射状间隔设置在所述支撑筒的后端外侧。
[0032]进一步的，在所述换热器中，所述冷却介质的流动方向与所述换热微管内引气的流动方向之间的夹角为15～30
°
。
[0033]进一步的，将所述换热器置于三维立体坐标系中，使得所述进气集管和出气集管的中心点位于Z轴上，将所述进气组件和出气组件沿Z轴向XOY平面进行投影，所述进气支管与所述出气支管在XOY平面中的投影重合；
[0034]将其中任意一个进气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机引气冷却换热器，其特征在于，所述换热器为空
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空换热器，所述换热器包括：进气组件(1)，其上设置进气口，所述进气组件(1)整体呈环形结构；出气组件(3)，其上设置出气口，所述出气组件(3)整体呈环形结构，所述进气组件(1)和出气组件(3)同轴设置；换热管束(2)，其设置在所述进气组件(1)和出气组件(3)之间，所述换热管束(2)包括多个换热微管组(201)，每个所述的换热微管组(201)包括并列设置的多个螺旋状换热微管(2011)；所述的多个换热微管组(201)的前端沿周向间隔设置在所述出气组件(3)上，且每个所述的换热微管组(201)中的多个螺旋状换热微管(2011)的前端呈辐射状设置在所述出气组件(3)上；所述的多个换热微管组(201)的后端沿周向间隔设置在所述进气组件(1)上，且每个所述的换热微管组(201)中的多个螺旋状换热微管(2011)的后端呈辐射状设置在所述进气组件(1)上；在相邻的两个换热微管组(201)之间形成螺旋状的冷却介质通道(5)；所述换热器为逆流换热器，在进行换热时，来自高压压气机的引气通过所述进气口进入所述进气组件(1)中、之后在所述换热管束(2)中与冷却介质进行换热后，通过所述出气组件(3)上的出气口排出；冷却介质通过所述冷却介质通道(5)流经所述换热器。2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述冷却介质为外涵空气。3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于，所述进气组件(1)包括：进气集管(102)，其呈环形结构；至少一个进气管(101)，其与进气集管(102)连通，来自高压压气机的引气通过所述进气管(101)上的进气口进入所述进气组件(1)中；多个进气支管(103)，所述的多个进气支管(103)沿周向间隔设置在所述进气集管(102)上，且所述的多个进气支管(103)呈辐射状设置在所述进气集管(102)的内侧。4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述出气组件(3)包括：出气集管(302)，其呈环形结构；多个出气支管(303)，所述的多个出气支管(303)沿周向间隔设置在所述出气集管(302)上，且所述的多个出气支管(303)呈辐射状设置在所述出气集管(302)的内侧；至少一个出气管(301)，其与所述出气集管(302)连通，所述出气集管(302)排出的引气通过所述出气管(301)上的出气口排出所述换热器。5.根据权利要求4所述的换热器，其特征在于，在相邻的两个出气支管(303)之间形成所述冷却介质通道(5)的冷却介质入口(501)，在相邻的两个进气支管(103)之间形成所述冷却介质通道(5)的冷却介质出口(502)，冷却介质从所述冷却介质入口(501)进入所述冷却介质通道(5)中，与引气进行换热后，通过所述冷却介质出口(502)排出。6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，所述换热器还包括支撑筒(4)，其为环形筒状结构，所述支撑筒(4)与所述进气集管(102)和出气集管(302)同轴设置，所述出气支管(303)沿周向、呈辐射状间隔设置在所述支撑筒(4)的前端外侧，所述进气支管(103)沿周向、呈辐射状间隔设置在所述支撑筒(4)的后端外侧。
7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，在所述换热器中，所述冷却介质的流动方向与所述换热微管(2011)内引气的流动方向之间的夹角为15～30
°
。8.根据权利要求4或7所述的换热器，其特征在于，将所述换热器置于三维立体坐标系中，使得所述进气集管(102)和出气集管(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，曾宏刚，赵霄，张博，杨竹强，苏杭，
申请(专利权)人：大连理工大学宁波研究院大连理工大学，
类型：发明
国别省市：