[发明专利]变马赫数型线风洞高温喷管壁阵列型强化换热冷却结构

说明书

一种变马赫数型线风洞高温喷管壁阵列型强化换热冷却结构，包括冷却板，冷却板外侧为与常温空气接触的外壁面，冷却板内侧为与高速气流接触的近壁面，冷却板两端为支撑结构的侧壁，外壁面、近壁面和侧壁构成冷却通道，冷却通道分为短肋区、扰流柱区和长肋区，短肋区由多个短肋按照阵列或错列排布而成，短肋区入口即为冷却工质入口端，短肋区出口和扰流柱区入口边相通，扰流柱区由多个扰流柱按照阵列或错列排布而成，扰流柱区出口边和长肋区入口相通，长肋区由多个长肋按照阵列或错列排布而成，长肋区出口即为冷却工质出口端；本发明冷却均匀，可根据冷却要求进行母体变换。

技术领域

本发明属于变马赫数型线风洞高温喷管技术领域，特别涉及一种变马赫数型线风洞高温喷管壁阵列型强化换热冷却结构。

背景技术

变马赫数型线风洞高温喷管主要应用于模拟航空航天飞行器高速飞行的地面实验研究，变马赫数型线风洞高温喷管近壁面和外壁面温度高达800-1000K，喷管外形对内部气流运动产生的温度敏感。变马赫数型线风洞高温喷管可以将亚音速气流转换为模拟高速飞行器飞行过程中的超音速气流，但是由于入口温度较高，受到当前材料耐热性能制约，变马赫数型线风洞高温喷管近壁面和外壁面受高温影响，导致热变形和急剧老化，所以对变马赫数型线风洞高温喷管近壁面和外壁面进行均匀冷却是十分必要的。

目前，对于变马赫数型线风洞高温喷管常规的冷却方式有，第一，对外壁喷水，由于型线为曲线，该方式会导致冷却不均匀，局部膨胀。第二，在外壁面与近壁面夹层通入冷却水进行冷却，将水冷通道分成多个通道进行冷却，风洞高温喷管沿轴线方向的温度分布不同，该方式由于喷管夹层宽且长，该方式会导致出现冷斑现象，局部高温区仍无法到达冷却要求；同时，变马赫数型线风洞高温喷管为一体式结构，常见的冷却结构设置后不可调整，这对于模拟不同工况下飞行器飞行，随着变马赫数型线风洞高温喷管近壁面和外壁面温度分布的变化，常见的单通道和多通道水冷结构已经无法达到对高温区的冷却需求，造成壁面温度不均匀，产生形变，无法模拟相应工况。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种变马赫数型线风洞高温喷管壁阵列型强化换热冷却结构，冷却均匀，可根据冷却要求进行母体变换。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种变马赫数型线风洞高温喷管壁阵列型强化换热冷却结构，包括冷却板，冷却板外侧为与常温空气接触的外壁面10，冷却板内侧为与高速气流接触的近壁面9，冷却板两端为支撑结构的侧壁8，外壁面10、近壁面9和侧壁8构成冷却通道，冷却通道分为短肋区Ⅰ、扰流柱区Ⅱ和长肋区Ⅲ，短肋区Ⅰ由多个短肋5按照阵列或错列排布而成，短肋区Ⅰ入口即为冷却工质入口端3，短肋区Ⅰ出口和扰流柱区Ⅱ入口边相通，扰流柱区Ⅱ由多个扰流柱6按照阵列或错列排布而成，扰流柱区Ⅱ出口边和长肋区Ⅲ入口相通，长肋区Ⅲ由多个长肋7按照阵列或错列排布而成，长肋区Ⅲ出口即为冷却工质出口端4。

针对变马赫数型线风洞高温喷管壁的轴向温度分布，扰流柱区Ⅱ设置在内外壁喷管喉口高温部分进行冷却，短肋区Ⅰ、长肋区Ⅲ设置在低温区域进行冷却；针对变马赫数型线风洞高温喷管壁的纵向温度分布，将短肋5、扰流柱6、长肋7进行不等间距排列，进行冷却。

针对变马赫数型线风洞高温喷管壁变马赫数型线变化后温度分布变化产生的不同冷却需求，变换短肋区Ⅰ、扰流柱区Ⅱ、长肋区Ⅲ的位置以及短肋5、扰流柱6、长肋7类型。

所述的短肋区Ⅰ的短肋5、扰流柱区Ⅱ的扰流柱6、长肋区Ⅲ的长肋7以母体进行阵列或错列排布。

所述的短肋区Ⅰ的短肋5、扰流柱区Ⅱ的扰流柱6、长肋区Ⅲ的长肋7进行阵列或错列排布，阵列之间距离至少保证冷却工质能够流动，根据与常温空气接触的外壁面10和与高速气流接触的近壁面9纵向温度分布变化，进行不等间距阵列或错列。

所述的扰流柱区Ⅱ的扰流柱6为圆形、圆台、方形、方台、水滴形或反方向水滴形扰流柱。