本實用新型涉及旋轉爆震發(fā)動機，尤其是涉及一種旋轉爆震發(fā)動機的微通道冷卻裝。

背景技術：

各航空航天技術發(fā)達國家基于快速打擊超遠距離目標以及全球范圍的高速運輸?shù)葢媚繕耍_展了數(shù)目繁多的高超聲速飛行器發(fā)展計劃。而對于吸氣式高超聲速飛行器而言，推進技術始終是核心技術，傳統(tǒng)發(fā)動機所采用等壓燃燒形式的推進系統(tǒng)性能已達理論極限。與傳統(tǒng)等壓燃燒相比，爆震燃燒放熱過程更接近于等容燃燒，能提高燃燒的熱循環(huán)效率。旋轉爆震以連續(xù)旋轉爆震波的形式組織燃燒，無脈沖間隔，更加穩(wěn)定可靠。因此在推進系統(tǒng)中采用旋轉爆震發(fā)動機是提升系統(tǒng)性能的一大途徑。

旋轉爆震燃燒室內燃氣溫度隨來流馬赫數(shù)的增加而上升，當飛行馬赫數(shù)大于6時，燃燒室內氣體溫度可達2700℃，在此情況下，火焰筒很可能會發(fā)生裂紋、失穩(wěn)和燒蝕等惡劣現(xiàn)象。因此爆震發(fā)動機燃燒室的熱防護至關重要。通常燃燒室的熱防護主要分主動和被動兩種方式，被動熱防護是采用輕質的耐燒蝕隔熱材料對冷卻結構進行熱防護。但是隨著馬赫數(shù)的增加，燃氣溫度將會高出燃燒室壁面結構材料和重要部件所能承受溫度的極限，這時必須對發(fā)動機實施主動冷卻。微通道冷卻作為一種新型主動熱防護方式，能使結構承受長時間的較高熱載荷并能保持外形不變，其原理是利用液體在燃燒室壁內的冷卻通道中流動吸熱從而把燃燒室壁面的溫度降低至材料的允許溫度。微通道冷卻以其結構緊湊、重量輕、換熱效率高等特點成為旋轉爆震發(fā)動機燃燒室的可靠冷卻技術。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供結構簡單輕巧、冷卻效率高，可有效克服旋轉爆震發(fā)動機燃燒室壁面溫度高等困難，提高燃燒室材料的熱穩(wěn)定性，改善高溫工作環(huán)境，有效利用燃料熱沉提高燃燒效率的一種旋轉爆震發(fā)動機的微通道冷卻裝置。

本實用新型設有內筒、外筒蓋板、前側引流腔、冷卻工質入口管、后側引流腔、冷卻工質出口管、循環(huán)泵和換熱器；所述內筒與外筒蓋板組成換熱通道，所述換熱通道沿內筒的表面周向均布，換熱通道從前至后依次設有前段微通道、中段微通道和后段微通道，中段微通道的槽道寬道小于前段微通道的槽道寬度，中段微通道的槽道寬道大于后段微通道的槽道寬度，循環(huán)泵的冷卻工質進口用于接入冷卻工質，循環(huán)泵的冷卻工質出口接冷卻工質入口管的入口，冷卻工質入口管的出口經(jīng)入液口接前側引流腔，前側引流腔的出口接前段微通道的入口，后段微通道的出口接后側引流腔，后側引流腔的出口通過出液口接冷卻工質出口管的入口，冷卻工質出口管的出口接換熱器的入口，燃料入口接入燃料，換熱器的出口接循環(huán)泵的冷卻工質進口，換熱器的預熱燃料出口通過燃料噴嘴噴入燃燒室參與組織燃燒。

所述燃燒室最好采用環(huán)形燃燒室。

所述換熱器的深度可為0.5～0.7mm，相鄰換熱通道的間距可為0.4～0.6mm。

所述冷卻工質在換熱通道內沿軸向流動，所述換熱通道的周向截面形狀可為矩形。

所述換熱器沿軸向位置等分為前中后三段，在燃燒室頭部區(qū)域即前段微通道的槽道最寬，在燃燒室尾部區(qū)域即后段微通道的槽道最窄。

所述前段微通道的槽道寬度可為0.9～1.2mm，中段微通道的槽道寬度可為0.4～0.5mm，后段微通道的槽道寬度可為0.1～0.2mm，前段微通道、中段微通道和后段微通道的槽道間距可為0.1～0.2mm。

所述冷卻工質進液口位于燃燒室頭部，出液口位于燃燒室尾部，進液口和出液口沿軸向剖面對角線布置。

所述冷卻工質的循環(huán)路徑布局在旋轉爆震發(fā)動機燃燒室內筒內部。

本實用新型主要由表面帶微型換熱通道的內筒、外筒蓋板、冷卻工質入口管、循環(huán)泵、冷卻工質出口管及換熱器構成，冷卻工質入口管位于燃燒室頭部，工作時旋轉爆震發(fā)動機爆震波沿外筒外壁面?zhèn)鞑ィ邷厝細饬髋c壁面直接接觸，冷卻工質由入口管流入進液口，經(jīng)周向引流腔整流分散，進入外筒內壁面與內筒構成的微通道內流動與壁面換熱，可高效冷卻保護燃燒室；冷卻工質出口管位于燃燒室尾部，收集經(jīng)過微通道換熱之后的冷卻工質，使其流入換熱器與燃料進行熱交換，再進入循環(huán)泵開始下一次的冷卻換熱循環(huán)。

本實用新型可以實現(xiàn)對發(fā)動機燃燒室的高效快速冷卻，結構簡單，可減輕冷卻系統(tǒng)重量，換熱面積大，對流換熱系數(shù)高，分段式結構可為旋轉爆震燃燒室中后段提供更高換熱效率，擴展高馬赫數(shù)飛行范圍，改善燃燒室高溫工作條件，提高循環(huán)熱效率。

本實用新型與旋轉爆震發(fā)動機傳統(tǒng)冷卻方式相比具有如下優(yōu)點：

(1)采用微通道換熱器，一方面實現(xiàn)減輕了結構的重量，另一方面，增大了燃燒室的冷卻效率，可有效預防燃燒室壁面材料的燒蝕、失穩(wěn)；

(2)樹狀平行微通道結構對應燃燒室前中后三段不同熱防護的需求，使得換熱燃燒室沿軸向熱量分布均勻，可預防傳統(tǒng)燃燒室頭尾部換熱不均導致的熱應力等危害；

(3)有效利用燃料熱沉，預熱燃料提高燃燒效率；

(4)矩形微通道截面便于加工，冷卻循環(huán)組件位于燃燒室筒內部便于安裝布局，安裝冷卻裝置占用空間少。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例的換熱循環(huán)示意圖。

圖3為本實用新型實施例的換熱器槽道剖視圖。

圖4為本實用新型實施例的換熱器的局部剖視圖。

圖5為本實用新型實施例的換熱器內外筒裝配圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的實施例進行說明。

如圖1所示，本實用新型實施例設有內筒1、外筒蓋板13、前側引流腔3、冷卻工質入口管14、后側引流腔10、冷卻工質出口管8、循環(huán)泵12和換熱器7；所述內筒1與外筒蓋板13組成換熱通道，所述換熱通道沿內筒1的表面周向均布，換熱通道從前至后依次設有前段微通道4、中段微通道5和后段微通道6，中段微通道5的槽道寬道小于前段微通道4的槽道寬度，中段微通道5的槽道寬道大于后段微通道6的槽道寬度，循環(huán)泵12的冷卻工質進口用于接入冷卻工質，循環(huán)泵12的冷卻工質出口接冷卻工質入口管14的入口，冷卻工質入口管14的出口經(jīng)入液口2接前側引流腔3，前側引流腔3的出口接前段微通道4的入口，后段微通道6的出口接后側引流腔10，后側引流腔10的出口通過出液口9接冷卻工質出口管8的入口，冷卻工質出口管8的出口接換熱器7的入口，燃料入口11接入燃料，換熱器7的出口接循環(huán)泵12的冷卻工質進口，換熱器7的預熱燃料出口通過燃料噴嘴15噴入燃燒室參與組織燃燒。

所述燃燒室采用環(huán)形燃燒室。

所述換熱器的深度為0.5～0.7mm，相鄰換熱通道的間距為0.4～0.6mm。

所述冷卻工質在換熱通道內沿軸向流動，所述換熱通道的周向截面形狀為矩形。

所述換熱器沿軸向位置等分為前中后三段，在燃燒室頭部區(qū)域即前段微通道的槽道最寬，在燃燒室尾部區(qū)域即后段微通道的槽道最窄。

所述前段微通道的槽道寬度為0.9～1.2mm，中段微通道的槽道寬度為0.4～0.5mm，后段微通道的槽道寬度為0.1～0.2mm，前段微通道、中段微通道和后段微通道的槽道間距為0.1～0.2mm。

所述冷卻工質進液口位于燃燒室頭部，出液口位于燃燒室尾部，進液口和出液口沿軸向剖面對角線布置。

所述冷卻工質的循環(huán)路徑布局在旋轉爆震發(fā)動機燃燒室內筒內部。

本實用新型由表面帶微型換熱通道的內筒、外筒蓋板、前側引流腔、冷卻工質入口管、后側引流腔、冷卻工質出口管、循環(huán)泵及換熱器構成，其中微型換熱通道分為前中后三段。所述微通道冷卻裝置工作時冷卻工質由循環(huán)泵12加壓流入冷卻工質入口管14，經(jīng)入液口2流入前側引流腔3，而后流入內筒1與外筒蓋板13共同組成的微型換熱通道4、5、6。冷卻工質與壁面換熱后流入后側引流腔10，通過出液口9進入冷卻工質出口管8，再流入換熱器7，與通過燃料入口11的進入換熱器的燃料進行熱交換，冷卻工質溫度降低，再流入循環(huán)泵12，完成如圖2所示的冷卻換熱循環(huán)。預熱后的燃料通過噴嘴15噴入燃燒室參與組織燃燒。

旋轉爆震發(fā)動機工作時，爆震波沿外筒蓋板13的外表面?zhèn)鞑?，高溫燃氣與外筒外壁面直接接觸，同時微通道里流動的冷卻工質與外筒換熱，實現(xiàn)冷卻效果。冷卻工質在微通道內流動，沿軸向溫度逐漸升高。

如圖3～5所示，本實用新型所述微型換熱通道沿周向均布，分為前中后三段。前段微通道4的槽道最寬，換熱面積雖小但是冷卻工質溫度低，擁有較高的冷卻效率；中段微通道5的槽道寬度居中；后段微通道6的槽道最窄，冷卻工質溫度雖高但換熱面積大，保持冷卻效率不下降；所述微通道結構使得內外筒在軸向上換熱均勻，避免材料在軸向產(chǎn)生較大溫度梯度造成熱應力危害。

所述沿軸向剖面對角線布置的前側引流腔3、后側引流腔10可使冷卻工質在管道與微通道入口間的過渡更加平穩(wěn)、均勻，同時使冷卻工質充滿所有微通道。

本實用新型可高效實現(xiàn)對旋轉爆震發(fā)動機的的冷卻，可解決燃燒室工作溫度高造成材料的燒蝕等問題，擴展了高馬赫數(shù)飛行范圍，同時能預防傳統(tǒng)固定截面微通道換熱前后熱量不均導致的熱應力危害。有效利用燃料熱沉，提高燃燒效率。結構簡單、重量輕、占用體積小，有效提高發(fā)動機推重比。