專利名稱：一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)壁面冷卻技術(shù)，具體涉及超燃沖壓、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高熱流 壁面冷卻結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室壓力高，經(jīng)過(guò)燃燒室壁面的熱流密度大，燃?xì)鉁囟仍?50(TC左右遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)動(dòng)機(jī)材料所能承受的溫度。.發(fā)動(dòng) 機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜激波波系、燃燒脈動(dòng)和燃燒振蕩導(dǎo)致壁面的換熱條件變化很大， 在此環(huán)境條件下很容易引起燃燒室局部熱流密度過(guò)大，局部壁面溫度過(guò)高，很 短的時(shí)間內(nèi)燃燒室壁面就可能被燒毀。因此防止發(fā)動(dòng)機(jī)壁面過(guò)熱是發(fā)動(dòng)機(jī)熱防 護(hù)的核心問(wèn)題之一。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部激波附面層相互作用導(dǎo) 致局部劇烈換熱是產(chǎn)生最大局部熱流的原因之一。激波附面層干涉后很容易出 現(xiàn)分離區(qū)，并在分離區(qū)中溫度和熱交換系數(shù)局部達(dá)到最大值，并同時(shí)存在局部 最小值。激波附面層干涉附近的壁面熱流急劇提高，大大高于附近壁面的熱流。 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的激波系位置變化劇烈，隨著工況的變化最大熱流點(diǎn)可能 出現(xiàn)遍歷發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的各個(gè)位置。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等巡航飛行 時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)燃料冷卻劑的需求量較大。 一般這些發(fā)動(dòng)機(jī)是采用推進(jìn)用的燃料作 為冷卻劑，由于高度和近乎勻速飛行導(dǎo)致推進(jìn)用燃料在巡航飛行中流量較小， 很多工況下小于需求的燃料冷卻流量，冷卻效果差，飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)中最大局部 熱流區(qū)域位置的寬范圍劇烈變化會(huì)導(dǎo)致下列問(wèn)題現(xiàn)有固定結(jié)構(gòu)的冷卻通道燃 料冷卻劑的流量較少，滿足不了冷卻的需求，難以達(dá)到理想的冷卻效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜激波錄系、 燃燒脈動(dòng)和燃燒振蕩導(dǎo)致壁面的換熱條件變化很大，在此環(huán)境條件下很容易引 起燃燒室局部熱流密度過(guò)大，局部壁面溫度過(guò)高，在很短的時(shí)間內(nèi)燃燒室壁面 就可能被燒毀；巡航飛行時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)冷卻劑的需求量較大，而發(fā)動(dòng)機(jī)采用推進(jìn) 用的燃料作為冷卻劑，由于高度和近乎勻速飛行導(dǎo)致推進(jìn)用燃料在巡航飛行中
冷卻通道內(nèi)的燃料流量較少，冷卻效果差的問(wèn)題，提供了一種超燃沖壓發(fā).動(dòng)機(jī)、 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱通道，解決上述問(wèn)題的具體技術(shù)方案如下本發(fā)明由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道l、發(fā)動(dòng)機(jī)壁2和溫度記憶合金層3組成，溫度記憶合金層3平行設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道1的下部，溫度記憶合金層3的上表面 為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道1的內(nèi)壁，溫度記憶合金層3的下表面靠近發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室4 的壁上，溫度記憶合金層3的兩端分別與冷卻通道1的入口和出口的發(fā)動(dòng)機(jī)壁 2連接。溫度記憶合金層3是經(jīng)訓(xùn)練的，轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)為900 100(TC，當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度 點(diǎn)小于900 100(TC時(shí)，溫度記憶合金層3呈平坦形狀，當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)大于 900 100(TC時(shí)，溫度記憶合金層3為向上凸起、粗糙的強(qiáng)化換熱形狀7。本發(fā)明采用溫度記憶合金層3在新的高溫區(qū)到來(lái)時(shí)溫度記憶合金層3又轉(zhuǎn) 變?yōu)閺?qiáng)化換熱的形狀，溫度記憶合金層3隨溫度的變化進(jìn)行自適應(yīng)轉(zhuǎn)換，在各 種工況下即使冷卻通道l內(nèi)燃料冷卻劑流量較少時(shí)也能換來(lái)較好的冷卻效果。 采用溫度記憶合金層3結(jié)構(gòu)基本上沒(méi)有增加發(fā)動(dòng)機(jī)的重量；形狀記憶材料兼有 傳感和驅(qū)動(dòng)的雙重功能，實(shí)現(xiàn)了壁面局部熱流控制的微型化和智能化；同時(shí)這 一結(jié)構(gòu)沒(méi)有機(jī)械/電子的測(cè)量反饋等元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。


圖1是轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)小于900 100(TC時(shí)溫度記憶合金層3結(jié)構(gòu)示意圖，圖 2是轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)大于900 1000。C時(shí)溫度記憶合金層3為向上凸起、粗f寧的強(qiáng) 化換熱形狀的示意圖。圖中4是燃燒室側(cè)，6是燃燒室中局部高溫區(qū)，7是溫 度記憶合金層3凸起的形狀示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖l、圖2描述本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由發(fā)動(dòng)機(jī) 冷卻通道l、發(fā)動(dòng)機(jī)壁2和溫度記憶合金層3組成，溫度記憶合金層3平行設(shè) 在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道1的下部，溫度記憶合金層3的上表面為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道1 的內(nèi)壁，溫度記憶合金層3的下表面靠近發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室4的壁上，溫度記憶合 金層3的兩端分別與冷卻通道1的入口和出口的發(fā)動(dòng)機(jī)壁2連接。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式的溫度記憶合金層3是經(jīng)訓(xùn)練的，轉(zhuǎn)換溫度 為900 1000。C，當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度小于900 1000。C時(shí)，溫度記憶合金層3呈平坦
形狀，當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)大于900 100(TC時(shí)，溫度記憶合金層3為向上凸起、粗 糙的強(qiáng)化換熱形狀7。在發(fā)動(dòng)機(jī)壁面溫度低于轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)，溫度記憶合金層3為平坦的形狀，這 時(shí)傳熱為正常傳熱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)局部壁面附近出現(xiàn)激波附面層干涉或者壓比增大 引起進(jìn)入燃燒室的氣流溫度急劇升高等情況導(dǎo)致部分區(qū)域的壁面溫度上升時(shí)， 冷卻通道l內(nèi)的溫度也隨之升高，當(dāng)冷卻通道l靠近燃燒室側(cè)的溫度高于溫度記 憶合金層3的轉(zhuǎn)換溫度時(shí)，溫度記憶合金層3將在高溫下變化為凸起、粗糙度強(qiáng) 化的換熱結(jié)構(gòu)形態(tài)，這將導(dǎo)致這一局部流動(dòng)的強(qiáng)化換熱，因此冷卻通道l內(nèi)冷 卻介質(zhì)在凸起位置帶走的熱量將大于記憶合金層3平坦時(shí)的熱量，有效地避免 了由于冷卻效率差造成局部高溫引起局部壁面燒損的問(wèn)題。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)壁面高溫 區(qū)轉(zhuǎn)移時(shí)，原來(lái)的壁面溫度下降至溫度記憶合金層3的轉(zhuǎn)換溫度以下溫度記憶 合金層3恢復(fù)為原來(lái)的平坦形狀；而在新的高溫區(qū)到來(lái)時(shí)溫度記憶合金層3又轉(zhuǎn) 變?yōu)閺?qiáng)化換熱的形狀，溫度記憶合金層3隨溫度的變化進(jìn)行自適應(yīng)轉(zhuǎn)換，達(dá)到 理想的冷卻效果的目的。
權(quán)利要求
1、一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱通道，它由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道(1)、發(fā)動(dòng)機(jī)壁(2)和溫度記憶合金層(3)組成，其特征在于溫度記憶合金層(3)平行設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道(1)的下部，溫度記憶合金層(3)的上表面為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道1的內(nèi)壁，溫度記憶合金層(3)的下表面靠近發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(4)的壁上，溫度記憶合金層(3)的兩端分別與冷卻通道(1)的入口和出口的發(fā)動(dòng)機(jī)壁(2)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱 通道，其特征在于溫度記憶合金層(3)是經(jīng)訓(xùn)練的，轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)為900 1000 。C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱 通道，其特征在于當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)小于900 100(TC時(shí)，溫度記憶合金層(3) 呈平坦形狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱 通道，其特征在于當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)大于900 100(TC時(shí)，溫度記憶合金層(3) 局部為向上凸起、粗糙的強(qiáng)化換熱形狀(7)。
全文摘要
一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻換熱通道，它涉及發(fā)動(dòng)機(jī)壁面冷卻技術(shù)。它解決了現(xiàn)有采用推進(jìn)用的燃料作為冷卻劑，導(dǎo)致推進(jìn)用燃料在巡航飛行中冷卻通道內(nèi)的流量較少，達(dá)不到理想冷卻效果的問(wèn)題。本發(fā)明的溫度記憶合金層(3)平行設(shè)在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道(1)的下部，溫度記憶合金層(3)的上表面為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道(1)的內(nèi)壁，溫度記憶合金層(3)的下表面靠近發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(4)的壁上，溫度記憶合金層(3)的兩端分別與冷卻通道(1)的入口和出口的發(fā)動(dòng)機(jī)壁(2)連接。本發(fā)明的溫度記憶合金層(3)的形狀能有效地響應(yīng)燃燒室內(nèi)部局部高溫區(qū)域的變化而隨之改變，在各種工況下即使冷卻通道內(nèi)冷卻劑流量較少時(shí)也能換來(lái)較高的冷卻效果。
文檔編號(hào)F02K7/10GK101149028SQ20071014460
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月14日
發(fā)明者于達(dá)仁, 周偉星, 段艷娟, 文 鮑 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)