[发明专利]一种折流冷却装置及应用

说明书

本发明一种折流冷却装置及应用，属于航空发动机领域；包括热侧平板、折流板、外侧盖板、中空扰流柱、折流前板和折流尾板，折流板与外侧盖板之间构成冷气通道，所述热侧平板位于高温燃气通道一侧；热侧平板和折流板之间设置有若干中空扰流柱，形成含中空扰流柱的中间通道；折流前板封装于折流板与外侧盖板的前端，折流尾板封装于热侧平板与外侧盖板的尾端，形成半封闭空间；冷却气进入中间通道形成冷却气流，经过若干中空扰流柱后在折流尾板处折返，形成反向折流通入冷气通道，最后经所述中空扰流柱内的中空孔流入高温燃气通道，在热侧平板内壁形成贴附壁面的冷却气膜。本发明由于冷气的折流，让整个冷却结构温度均匀，减小了内部的热应力。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种折流冷却装置及应用。

背景技术

军用战机在短距起飞以及快速机动时，在发动机最大油门开度之外，往往通过加力燃烧来获得额外推力。由于加力燃烧室空间有限，还在燃烧的燃气以斜冲击形式作用在发动机收敛段喷管壁上，容易造成燃气倒灌。研究表明，此时尾喷管的燃气温度将高达2000K以上。此外，发动机喷管入口到出口压力梯度较大，扩张段燃气压力低，冷却气通常高速流出喷管隔热屏，如果没有合理组织冷气流动，不仅不能对喷管壁面形成有效的热防护，还容易加剧收敛段倒灌现象的发生。

冲击双层壁气膜冷却技术是现代发动机高温部件先进冷却方式之一，在冷气形成气膜之前，能够充分利用冲击换热系数高的优点，达到局部强化换热的效果。现有文献对比了新型冲击/发散冷却层板隔热屏冷却性能，论证其应用于加力燃烧室的可行性，与波纹板隔热屏和单层平板隔热屏进行了相同工况的对比分析，结果表明冲击/发散冷却层板隔热屏具有较好的冷却效果。双层壁结构有结构强化作用，同时气膜孔出流的同时并具有一定的防振效果，能提升加力燃烧室的寿命和可靠性。现有双层壁冷却结构虽然能达到较好的换热效果，但双层壁内部流动阻力较大，受主次流总压比变化的影响较大，在小压比情况下不容易出流。同时在喷管的上下游之间，由于较大的压力梯度，使用冲击气膜双层壁结构，容易在冲击腔形成较大的横流，降低冲击冷却的冷却效率。

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，本发明提供一种带中空柱的折流冷却装置，外侧盖板和折流板构成冷气通道，热侧平板构成高温部件的燃气内壁面，由热侧平板、折流尾板、外侧盖板、折流前板和折流尾板构成半封闭空间，迫使冷气折流并通过中空孔；利用了冷气的冷焓，在其完成内部冷却后，又从中空孔流出，形成外侧气膜冷却防护层。由于冷气的折流，让整个冷却结构温度均匀，减小了内部的热应力。由于该结构流动阻力较大，适用于需要高冷却效率但需要减少冷气抽吸的区域，例如高温喷管扩张段、涡轮叶片尾缘等区域。经过数值验证，使用该结构，能比现有单层多孔平板结构具有更好的冷却效果。

本发明的技术方案是：一种折流冷却装置，其特征在于：包括热侧平板、折流板、外侧盖板、中空扰流柱、折流前板和折流尾板，所述折流板与外侧盖板之间构成冷气通道，所述热侧平板位于高温燃气通道一侧；

所述热侧平板和折流板之间设置有若干中空扰流柱，形成含中空扰流柱的中间通道；所述折流前板封装于折流板与外侧盖板的前端，所述折流尾板封装于热侧平板与外侧盖板的尾端，形成半封闭空间；冷却气进入中间通道形成冷却气流，经过若干中空扰流柱后在折流尾板处折返，形成反向折流通入冷气通道，最后经所述中空扰流柱内的中空孔流入高温燃气通道，在热侧平板内壁形成贴附壁面的冷却气膜。

本发明的进一步技术方案是：所述中空扰流柱为错排布置。

本发明的进一步技术方案是：所述中空扰流柱与中间通道的气流方向成30-90°倾角。

本发明的进一步技术方案是：所述中空孔孔径D_i在0.5-5mm之间。

本发明的进一步技术方案是：所述中空孔的展向孔间距P和流向孔间距S为3-10倍中空孔径D_i，所述中空孔在流向上呈正菱形分布。