[发明专利]一种水冷式超音速喷管

说明书

本发明涉及一种水冷式超音速喷管。所述喷管包括由内至外依次同轴设置的内壳、夹水套和外壳；夹水套与内壳以及外壳之间均具有间隙，该间隙形成冷却水通道；外壳与夹水套之间沿夹水套的周向设置有连接件，连接件内开设有至少一个进水通道和至少一个出水通道；进水通道的进水端用以与冷却水源连通，出水通道的出水端用于将冷却水排出，进水通道的出水端和出水通道的进水端均与冷却水通道连通，且分别位于所述连接件的轴向方向的两侧，使冷却水从进水通道进入，并沿冷却水通道循环一周后从出水通道流出。本发明中的喷管冷却效率高，喷管各部分可以均匀地被冷却，且喷管各部分均可以拆卸，便于维护以及更换喷管的内型面。

技术领域

本发明属于喷管的技术领域，尤其涉及一种水冷式超音速喷管。

背景技术

等离子体风洞应用于航天飞行器防热材料和结构的地面试验研究中，一般采用电弧或者感应耦合放电的方式产生等离子体，等离子体气体的温度高达4000～10000K。因此，风洞的各部分均需要合理地冷却。

超音速喷管是等离子体风洞的重要组成部分，一般利用喷管产生超音速等离子体射流以有效模拟高超声速航天飞行器在大气层中飞行时的来流环境。由于等离子体风洞气体温度很高，而超音速喷管一般为金属材料，无法长时间经受高温气体的加热，需要合理地冷却才能在产生高温气体射流的同时，保证超音速喷管自身结构的安全。

目前，对超音速喷管进行冷却的常规的方式主要有：(1)对喷管外壁淋水；采用这种方式，冷却效果不均匀，且无法满足气体温度很高的状态下喷管的冷却传热需求。(2)喷管采用双层结构，两层之间形成间隙，通入冷却水进行冷却；这种方式对于尺寸较小、加热时间较短、受热不严重的喷管是恰当的，但对于较大结构的喷管，容易在局部形成死水区域，水流速度太慢，对流换热效果不明显，喷管局部仍然有可能过热。

此外，现有超音速喷管的结构一般焊接为一个整体，喷管各部分不可拆卸。因此，喷管损坏后的维护十分麻烦，甚至需要重新加工新的喷管。同时，超音速喷管在设计时，其内型面是固定的，在一定的来流条件和喷管出口背压条件下，喷管的马赫数是固定的，无法对其进行调节；如果需要产生其它马赫数的超音速射流，往往需要更换整个喷管。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷却效率高、冷却均匀的水冷式超音速喷管，以解决现有技术中存在的至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种水冷式超音速喷管，包括由内至外依次同轴设置的内壳、夹水套和外壳；所述夹水套与所述内壳以及所述外壳之间均具有间隙，所述间隙形成冷却水通道；所述外壳与所述夹水套之间沿所述夹水套的周向设置有连接件，所述连接件内开设有至少一个进水通道和至少一个出水通道；所述进水通道的进水端用以与冷却水源连通，所述出水通道的出水端用于将冷却水排出，所述进水通道的出水端和所述出水通道的进水端均与所述冷却水通道连通；所述进水通道的出水端和所述出水通道的进水端分别位于所述连接件的轴向方向的两侧，使冷却水从所述进水通道进入，并沿所述冷却水通道循环一周后从所述出水通道流出。

优选地，所述连接件内开设有多个所述进水通道和多个所述出水通道，多个所述进水通道和多个所述出水通道之间在所述连接件的周向上交错间隔设置。

优选地，所述连接件内开设有三个进水通道和三个出水通道。

优选地，所述内壳的外壁上设有多条沿所述内壳的周向间隔设置的加强筋。

优选地，所述加强筋与所述夹水套的内壁相接触，使每相邻的两个所述加强筋之间形成一个供冷却水通过的独立流道。

优选地，所述夹水套的内壁与所述内壳平行设置，使得所述夹水套与所述内壳之间的间隙等宽。

优选地，所述外壳包括第一外壳部和第二外壳部，所述第一外壳部和所述第二外壳部同轴设置，且分别有一端与所述连接件可拆卸连接。

优选地，所述连接件为法兰。