[发明专利]一种全程水冷的喷管

说明书

本发明涉及一种全程水冷的喷管，包括喉道段、扩张段和连接段，喉道段固连在扩张段一端，连接段固连在扩张段另一端，若干组不同口径的扩张段相互连接，喉道段内侧中部的管口缩减，扩张段与连接段内侧管道呈喇叭口状，喉道段、扩张段和连接段外壁内分别设有独立的冷却水道，本发明具有全程水冷，最高可耐3100K的总温，同时所有水管连接在试验段外实现，拆装方便，消除由于连接渗漏造成的不良影响，最大程度避免喷管不被高温气体损伤的优点。

技术领域

本发明涉及风洞喷管防护技术领域，尤其涉及一种全程水冷的喷管。

背景技术

高超声速风洞上使用的喷管，在运行过程中，由于气体总温较高，最高可达3100K，在流经喷管时会对喷管造成剧烈加热，损坏喷管的机械结构，为了避免烧蚀和变形，需要对喷管进行水冷，以避免由于高温气流通过时烧毁喷管，尤其是喷管的喉道部分。在喷管的水冷结构设计过程中，由于喷管内型面尺寸变化剧烈，要达到全程水冷的效果，难度很大。喉道部分的总体结构是中间部分小，两端大，为了达到良好的冷却效果，内壳体通常要采用导热性能良好的铜合金材料；而为了增加整体结构强度，外壳体及法兰、垫块等部件通常采用不锈钢材料，不同材料的焊接难度较大，一般采用装配结构，在使用过程中，由于内壳体反复受热冷却，往往出现铜缩现象，在装配面上会出现间隙，从而出现漏水、漏气等现象，高温高压气体泄漏会造成结构破坏，甚至导致现场发生危险。扩张段的型面特点是形状不规则，需要在内壳体外壁面加工出冷却水通道，造价较高，一般在靠近喉道段处设置1～2段进行水冷。扩张段内外壳体需要进行焊接，如果焊接应力处理不当，容易产生焊接应力，不能保证要求较高的内型面精度，也就无法保证喷管的流场品质。喷管最后一段与试验段连接，一般的设计是这一段的一部分在试验段内，一部分在试验段外，这给冷却水结构设计带来一定的困难，冷却水管的布置既要满足喷管的冷却要求，又要达到易于安装、与整体冷却水布局相适应的要求。

因此，针对以上不足，需要提供一种全程水冷的喷管。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有喷管冷却效果差、结构连接不稳定的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全程水冷的喷管，包括喉道段、扩张段和连接段，喉道段固连在扩张段一端，连接段固连在扩张段另一端，若干组不同口径的扩张段相互连接，喉道段内侧中部的管口缩减，扩张段与连接段内侧管道呈喇叭口状，喉道段、扩张段和连接段外壁内分别设有独立的冷却水道。

通过采用上述技术方案，可以根据换热情况调节各部段的冷却水压力，在喷管各部分进行分别冷却且互不影响，以使喷管各部分冷却均匀，避免因冷却水道过长而使靠近出口处的冷却水温度较高，导致冷却水对靠近冷却水道出口端的喷管冷却效率低的问题，且实现全程水冷，可有效避免由于高温气流通过时烧毁喷管。

作为对本发明的进一步说明，优选地，喉道段包括外壳体、内壳体和垫块，垫块固连在外壳体内壁上，内壳体固连在垫块内壁上，内壳体与垫块内壁均为弧形缩口管状。

通过采用上述技术方案，将整个喉道段分成三个简单的部分进行加工，大大降低异型喉道段的生产难度，且在后期只需通过真空扩散焊的方式即可进行稳定连接，连接强度高不易形变。

作为对本发明的进一步说明，优选地，内壳体外壁与垫块内壁之间设有第一水道，喉道段两端分别固连有喉道连接法兰，第一水道两端分别延伸至喉道连接法兰侧壁外，第一水道位于喉道连接法兰的侧壁上螺纹连接有第一水管接头。

通过采用上述技术方案，在喉道连接法兰上设置第一水管接头，便于外接管道，进而可使冷却水流入第一水道内对喉道段进行冷却。

作为对本发明的进一步说明，优选地，第一水道各处水流通道的截面面积相同。