[发明专利]一种水冷式喷管

说明书

本发明涉及一种水冷式喷管。所述水冷式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，所述间隙形成冷却水通道；外壳上设置有至少一个进水口和至少一个出水口，所述进水口与所述出水口均与冷却水通道连通；夹水套和外壳之间设置有周向台阶，所述至少一个进水口和所述至少一个出水口位于周向台阶的轴向方向的两侧，使冷却水从所述至少一个进水口进入，并沿冷却水通道循环一周后从所述至少一个出水口流出。本发明中的水冷式喷管具有合理的冷却结构，冷却效率高，能保证水流在所述喷管内部快速流动，且所述喷管各部分可以均匀地被冷却，能保证所述喷管可以在高温气体通入的情况下长时间稳定运行。

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喷管。

背景技术

等离子体风洞在航天飞行器防热材料和结构的地面试验研究工作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。

喷管是等离子体风洞的重要组成部分，一般利用喷管产生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。但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，保证喷管自身结构的安全。

目前，对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，两层之间形成空隙，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。

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；所述外壳上设置有至少一个进水口和至少一个出水口，所述进水口与所述出水口均与所述冷却水通道连通；所述夹水套和所述外壳之间设置有周向台阶，所述至少一个进水口和所述至少一个出水口位于所述周向台阶的轴向方向的两侧，使冷却水从所述至少一个进水口进入，并沿所述冷却水通道循环一周后从所述至少一个出水口流出。

优选地，所述外壳上设有多个所述进水口和多个所述出水口，多个所述进水口和多个所述出水口均沿所述外壳的周向间隔设置，且多个所述进水口和多个所述出水口之间在所述外壳的周向上交错设置。

优选地，所述外壳上设置有三个进水口和三个出水口。

优选地，所述夹水套靠近所述内壳的一侧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，所述内壳的壁厚为3～5mm；和/或所述内壳的外周上还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，所述夹水套与所述外壳之间的间隙的宽度为3～5mm。

优选地，所述内壳和/或所述夹水套采用紫铜材料制成；和/或所述外壳采用不锈钢材料制成。

优选地，所述外壳与所述内壳的两端均通过密封圈密封。

优选地，所述水冷式喷管的形状为轴对称型。

本发明与现有技术相比至少具有如下的有益效果：