一种点阵夹芯冷却结构及其应用制造技术

本发明专利技术提供一种点阵夹芯冷却结构及其应用，属于冷却结构领域。特别涉及一种设置点阵结构的冷却夹芯板结构，及其应用。包括：内部设置有夹芯结构的板体，板体包括第一板体、第二板体，第一板体、第二板体对应设置有点阵结构，点阵结构均匀置于第一板体、第二板体之间，所述点阵结构包括多个独立设置有胞元结构组成，所述胞元结构连接两侧的第一板体、第二板体，第一板体、第二板体之间组合形成冷却通道，点阵结构形成冷却组件，本发明专利技术一种点阵夹芯冷却结构，通过冷却剂通过冷却通道内流动，冷却通道内的点阵结构增大冷却剂与固壁接触面积，对冷却剂进行扰流，进而增强冷却效果。进而增强冷却效果。进而增强冷却效果。

【技术实现步骤摘要】
一种点阵夹芯冷却结构及其应用


[0001]本专利技术提供一种点阵夹芯冷却结构及其应用，属于冷却结构领域。特别涉及一种设置点阵结构的冷却夹芯板结构，及其应用。

技术介绍

[0002]在极其恶劣的热环境下，热防护问题限制了众多领域的发展与应用，其中热防护结构是解决该问题的关键之一。
[0003]在超燃冲压发动机领域，其热防护结构包括：被动热防护、主动热防护，在被动热防护中，超燃冲压发动机燃烧室环境恶劣，被动材料不适合长时间工作；主动热防护技术中，发汗冷却效果最好，但是超燃冲压发动机高温区发汗效率较低，常规的发汗冷却技术难以满足飞行器需求；主动冷却的强化换热结构大多仍基于传统槽道式方案，并不能够适应现有的超燃冲压发动机需求，现有的新一代超燃冲压发动机需具备轻质化和可重复使用等特性，槽道式再生结构显然不符合新一代超燃冲压发动机的发展需要；
[0004]在热管冷却领域，热管主要利用液体蒸发冷凝循环在冷、热两端完成传热，具有众多优良特性：良好的导热性、良好的均温性、有效工作范围大、能够定向传递热量，是热防护系统的重要组成部分。槽道热管是航天领域应用最多的一种热管，这种热管通过设计不同尺寸、形状的槽道来改变热管的换热效率，但由于多种因素，整体应用受限，不能够广泛用于高超环境下航空热防护领域中；
[0005]在燃气轮机和航空发动机领域，先进的燃气轮机和航空发动机要求更高的效率和更高的涡轮进口温度，对涡轮叶片的热防护要求更高，目前进口温度远高于涡轮叶片所用的金属材料工作温度极限，在高温环境下，为保证燃气轮机和航空发动机涡轮叶片安全运行，需要设计并构建大量的冷却结构以保证叶片的温度处于合理的范围，常见的冷却包括内冷却和外冷却两种，内冷却以再生冷却为主；外冷却以气/液膜冷却，发汗冷却，屏蔽冷却等为主，由于涡轮叶片是一侧受到高温主流的冲刷，通常在另一侧使用冷却剂冷却，或者是冷却剂从受热壁面某种形式的出口处喷入高温主流，对被冲刷的一面强制冷却。但是由于长期处于恶劣的工作环境，上述方案均存在不足：气膜冷却的冷却能力有限，材料容易失效，发汗冷却介质强度较差，容易局部堵塞，限制了涡轮叶片的热防护应用场景。
[0006]基于上述场合对冷却性能要求高的特点，目前的结构均难以满足应用需要。

技术实现思路

[0007]本专利技术一种点阵夹芯冷却结构及其应用，提供的一种通过在板体之间设置有点阵结构，形成夹芯结构的冷却结构，及其应用。结构简单，使用方便。
[0008]本专利技术一种点阵夹芯冷却结构是这样实现的，本专利技术一种点阵夹芯冷却结构，包括：内部设置有夹芯结构的板体，板体包括第一板体、第二板体，第一板体、第二板体对应设置有点阵结构，点阵结构均匀置于第一板体、第二板体之间，所述点阵结构包括多个独立的胞元结构组成，所述胞元结构连接两侧的第一板体、第二板体，第一板体、第二板体之间组
合形成冷却通道，点阵结构形成冷却组件；
[0009]所述胞元结构为四面体、八面体桁架结构、金字塔桁架结构、三角桁架结构；
[0010]进一步的，所述胞元结构为中空设置；
[0011]进一步的，所述胞元结构对应连通第一板体、第二板体两侧，形成流通的导向连通；
[0012]进一步的，第一板体、第二板体为壳体、平板结构、管体结构中的一种为多种组合，且组合和对应设置有安装点阵结构的空间；
[0013]进一步的，本专利技术一种点阵夹芯冷却结构，包括发汗再生冷却结构以及非发汗两组形态，所述发汗再生冷却结构应用于超燃冲压发动机壳体热防护、涡轮叶片热防护，非发汗形态用于热管冷却热防护；
[0014]进一步的，所述发汗再生冷却结构胞元结构对应中空设置，非发汗形态胞元结构对应实心设置。
[0015]有益效果：
[0016]本专利技术一种点阵夹芯冷却结构，冷却剂通过冷却通道内流动，冷却通道内的点阵结构增大冷却剂与固壁接触面积，对冷却剂进行扰流，进而增强冷却效果，克服传统槽道式再生冷却结构换热效率低、容易造成局部过热；
[0017]本专利技术应用于发动机壳体环境时，点阵夹芯由于结构内部填充形状规则且呈周期排列的点阵结构材料，具有比强度高、比刚度高、断裂韧性强等优良力学性能，符合了新一代超燃冲压发动机结合材料、结构以及多功能一体化的需求和设计理念，通过点阵夹芯式再生冷却结构，增大冷却剂与固壁接触面积，对冷却剂进行扰流，增强冷却效果；并在局部热流密度比较大区域把点阵夹芯结构芯体制造成通孔以作为发汗冷却通道，进一步增强固壁冷却效果，可满足超高马赫数飞行下发动机更高热防护需求；
[0018]本专利技术应用于热管结构中时，通过以槽道热管为基础，在其槽道内部设置点阵夹心结构层代替原有的吸液芯作为冷却剂的流动通道，同时外接循环泵回流蒸汽，代替吸液芯的毛细力，点阵夹心结构层可增大冷却剂与内壁接触面积，增强冷却效果，同时克服传统槽道结构换热效率低、容易造成局部过热的问题；此外点阵夹心结构还具备重量小，强度大的优势；
[0019]本专利技术应用于涡轮叶片时，同样利用了点阵夹芯和发汗复合冷却结构，有效提升冷却效率及壁面强度，有效提高冷却效率，且点阵夹心结构具有轻质、高效换热、比强度高、比刚度高等特点，应用本专利技术冷却结构的涡轮叶片比传统叶片冷却结构更具有优势。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的立体结构图。
[0021]图2为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的点阵结构的立体结构图。
[0022]图3为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的侧视图。
[0023]图4为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构发汗再生形态的立体结构图。
[0024]图5为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构发汗再生形态胞元结构的立体结构图。
[0025]图6为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的点阵结构再生冷却、发汗冷却的通道示意图。
[0026]图7为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的发汗再生形态胞元结构的俯视图。
[0027]图8为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的应用于超燃冲压发动机上的结构示意图，其仅仅展示了置于发动机壳体内侧的结构示意。
[0028]图9为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的应用于超燃冲压发动机上的立体结构图。
[0029]图10为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的应用于超燃冲压发动机上发汗冷通道的结构示意图。
[0030]图11为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的应用于热管上的断面示意图。
[0031]图12为本专利技术一种点阵夹芯冷却结构的应用于涡轮叶片的立体结构图，其仅仅展示了蜗轮叶片表面发汗孔的分布设置。
[0032]图13为涡轮叶片的断面示意图，其仅仅展示了涡轮叶片内部冷却剂通道的结构示意。
[0033]图14为涡轮叶片的局部放大视图，其仅仅展示了额发汗冷却通道的局部放大视图。
[0034]图15为涡轮叶片的纵向断面示意图。
[0035]附图中：
[0036]1、第一板体；2、点阵结构；3、第二板体；4、外壳体；5、冷却通道；6、密封环；7、中部密封盖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种点阵夹芯冷却结构，包括：内部设置有夹芯结构的板体，板体包括第一板体（1）、第二板体（3），第一板体（1）、第二板体（3）对应设置有点阵结构（2），点阵结构（2）均匀置于第一板体（1）、第二板体（3）之间，所述点阵结构（2）包括多个独立的胞元结构组成，所述胞元结构连接两侧的第一板体（1）、第二板体（3），第一板体（1）、第二板体（3）之间组合形成冷却通道（5），点阵结构（2）形成冷却组件。2.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯冷却结构，其特征在于：所述胞元结构为四面体、八面体桁架结构、金字塔桁架结构、三角桁架结构。3.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯冷却结构，其特征在于：所述胞元结构为中空设置。4.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯冷却结构，其特征在于：所述胞元结构的中空区域对应连通第一板体（1）、第二板体（3）两侧，形成流通的导向连通。5.根据权利要求1所述的一种点阵夹芯冷却结构，其特征在于：第一板体（1）、第二板体（3）为壳体、平板结构、管体结构中的一种为多种组合，且组合和对应设置有安装点阵结构（2）的空间。6.根据权利要求3所述的一种点阵夹芯冷却结构，其特征在于：所述胞元结构中空设置对应为发汗再生冷却结构，胞元结构为实心设置对应非发汗形态胞元结构；所述发汗再生冷却结构应用于超燃冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建新，徐熠熠，苏俊，闫晴，万鸿宇，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：