[发明专利]一种带引射冷却结构的S弯喷管

说明书

本发明一种带引射冷却结构的S弯喷管，属于航空发动机领域；包括第一喷管段、第二喷管段和引射冷却结构，引射冷却结构包括引射套管和气膜冷却孔；引射套管套装于S弯喷管的外围，其形状为S弯喷管形状的等比例放大结构；引射套管的轴向长度大于S弯喷管的轴向长度，以便高温燃气与引射气流更充分的掺混，降低尾喷流的温度；气膜冷却孔设置于S弯喷管第一喷管段的外壁面上，冷却气流通过气膜冷却孔射入S弯喷管内、并覆盖于高温S弯喷管内壁面上。解决了S弯喷管壁面受到高温燃气冲刷产生的的结构变形问题、引射气流与高温燃气温差大导致的喷管内外壁面的强热应力问题和高温尾喷流与高温喷管壁面引起的高红外辐射问题。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种带引射冷却结构的S弯喷管。

背景技术

战斗机的隐身性能对战斗机的安全至关重要，而航空发动机的排气系统引起的红外辐射是红外、雷达制导武器主要探测目标，因此需要采取措施降低排气系统的雷达、红外信号，从而提高战斗机的隐身性能。S弯喷管弯曲构型可以对发动机内部高温壁面进行有效遮挡，同时S弯喷管的二元出口加强了喷流与外界大气的掺混，从而可以有效降低战斗机的红外辐射。其次，S弯流道使得雷达电磁波反复折射消耗，再加上这样的流道避免了涡轮叶片等直接暴露于电磁波面前，从而增强了排气系统雷达隐身特性。因此，S弯喷管被广泛应用在隐身战斗机与无人机。新一代战斗机要求具备超音速巡航能力与超机动性能，而最有效的方法是提高发动机涡轮前温度，这造成喷管所承担的热载荷也越来越大，因此喷管冷却的问题亟待解决。

目前关于喷管冷却的研究大多是基于二元喷管，吉洪湖的文章“部件冷却对二元俯仰矢量排气系统红外特征抑制实验”指出，气膜冷却是喷管内壁和内部部件的有效冷却方案，可显著降低壁面及尾喷流温度，使喷管红外辐射强度得到有效抑制。而S弯喷管相较于二元喷管，壁面曲率变化大，且结构复杂，在面对高温燃气冲刷时，更容易发生变形，而且温度过高的壁面与燃气会降低S弯喷管的隐身性能。如果对S弯喷管采用普通的引射冷却，在S弯喷管入口部分，由于冷却气流与高温燃气温差大，他们分别与喷管的内、外壁面进行对流换热，会导致喷管内外壁面由于强温差而产生大的热应力。因此需要对S弯喷管冷却问题提出合理的解决办法。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种带引射冷却结构的S弯喷管，以至少解决现有技术中S弯喷管壁面受到高温燃气冲刷产生的的结构变形问题、引射气流与高温燃气温差大导致的喷管内外壁面的强热应力问题和高温尾喷流与高温喷管壁面引起的高红外辐射问题。

本发明的技术方案是：一种带引射冷却结构的S弯喷管，沿气流方向依次包括第一喷管段和第二喷管段，所述第一喷管段的入口为S弯喷管的进气口，第二喷管段的出口为S弯喷管的排气口；其特征在于：还包括引射冷却结构，引射冷却结构包括引射套管和气膜冷却孔；

所述引射套管套装于S弯喷管的外围，其形状为S弯喷管形状的等比例放大结构；引射套管的轴向长度大于S弯喷管的轴向长度，引射套管的出口位于S弯喷管的出口外侧，以便高温燃气与引射气流更充分的掺混，降低尾喷流的温度；

所述气膜冷却孔设置于S弯喷管第一喷管段的外壁面上，冷却气流通过气膜冷却孔射入S弯喷管内、并覆盖于高温S弯喷管内壁面上。

本发明的进一步技术方案是：所述引射套管的入口截面和S弯喷管的入口截面平齐，引射套管与S弯喷管出口处之间的轴向长度差为喷管出口截面高度的1\4。

本发明的进一步技术方案是：所述引射套管通过支柱连接到飞机蒙皮上，与S弯喷管无连接。

本发明的进一步技术方案是：所述引射套管与S弯喷管外壁面配合形成引射冷却通道包括引射冷却通道进口、引射冷却主通道和引射冷却通道出口；其中引射冷却通道进口连接到发动机压气机，引射冷却通道出口与S弯喷管的排气口连通；从发动机进气道引入的冷却气流压力较高，S弯喷管排气口附近压力低，冷却气流会在引射通道进口与出口之间的压力差推动下，顺着引射冷却主通道流动，并通过引射冷却通道出口流出。