本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一就是：盡可能降低二次空氣的溫度，提高高溫部件冷卻效率，降低高壓壓氣機(jī)二次空氣的引氣流量。

目前，國內(nèi)外正在如火如荼地研究高壓壓氣機(jī)出口空氣主動(dòng)冷卻技術(shù)。其主要是通過：為流經(jīng)燃燒室外環(huán)的氣流(來自高壓壓氣機(jī)出口)設(shè)計(jì)一定流路，在流路中增設(shè)高效換熱器這個(gè)元件，用來冷卻燃燒室外環(huán)的氣流，再把冷卻后的氣流用于冷卻和封嚴(yán)高壓渦輪零部件，從而提高高壓渦輪一導(dǎo)或一動(dòng)的冷卻效率，減少高壓壓氣機(jī)出口引氣量。

這種二次氣流主動(dòng)冷卻技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)中的應(yīng)用，增加了三個(gè)方面的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：

1)、高效緊湊型的換熱器設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中需要著重考慮換熱器的換熱效率，也要全面平衡換熱器及附帶管路的重量、以及對(duì)主流道氣動(dòng)效率的影響；

2)、帶有換熱器的高壓壓氣機(jī)出口空氣流路設(shè)計(jì)，流路設(shè)計(jì)需要著重避免換熱器以及附帶的管路等帶來的流動(dòng)壓力損失，以免造成渦輪氣冷葉片供氣壓力不足；

3)、換熱器及附屬管路的安裝及維修，設(shè)計(jì)中需要減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)營期間維修投入的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)，其可取代通過傳統(tǒng)換熱器進(jìn)行換熱的冷卻系統(tǒng)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)，其包括燃燒室外機(jī) 匣以及安裝在燃燒室外機(jī)匣的多根熱管束，所述多根熱管束沿所述燃燒室外機(jī)匣的外周向外呈發(fā)散狀分布，所述熱管束的蒸發(fā)端穿過所述燃燒室外機(jī)匣而位于燃燒室外環(huán)內(nèi)，用于接觸燃燒室外環(huán)氣流，所述熱管束的冷凝端位于發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道內(nèi)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，該冷卻系統(tǒng)還包括在所述外函道內(nèi)安裝的換熱器。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱管束的冷凝端位于所述換熱器內(nèi)，以便于借助于所述換熱器散熱。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱管的至少位于所述燃燒室外環(huán)內(nèi)的部分帶有陶瓷涂層。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱管的外表面帶隔熱材料或者配置有熱防護(hù)結(jié)構(gòu)。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱管呈直線狀，所述多根熱管束以所述燃燒室外機(jī)匣的軸心為中心呈輻射狀分布。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述熱管焊接于所述燃燒室外機(jī)匣。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述燃燒室外機(jī)匣上設(shè)置有安裝座，所述熱管連接有安裝法蘭，所述安裝法蘭連接所述安裝座，以使所述熱管安裝于所述燃燒室外機(jī)匣。

本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)利用高效換熱器冷卻高壓壓氣機(jī)出口二次氣流這種技術(shù)的難點(diǎn)及復(fù)雜性，提出了一種全新的空氣系統(tǒng)主動(dòng)冷卻技術(shù)：使用熱管冷卻航空發(fā)動(dòng)機(jī)二次空氣。本發(fā)明的實(shí)施例可以有效地冷卻高壓壓氣機(jī)出口氣流，提高高溫部件冷卻效率，并且避免了應(yīng)用高效換熱器帶來的三大難點(diǎn)：

1)由于熱管本身換熱效率高，所以可以解決如何設(shè)計(jì)高效換熱器這個(gè)核心技術(shù)問題；

2)由于被冷卻的高壓壓氣機(jī)出口空氣在熱管外部流動(dòng)，不會(huì)造成二次空氣較大的流動(dòng)損失，可以完全保證發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)下渦輪氣冷葉片供氣壓力，并且無需設(shè)置專門流路并附帶各種管路；

3)由于熱管傳熱系統(tǒng)比換熱器及附屬的管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所以安裝也比后者簡易，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)營期間可以減少維修成本。

附圖說明

本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)的示意圖；

圖2為圖1中發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)的軸側(cè)視圖；

圖3為圖1中熱管的安裝示意圖；

圖4為圖2所示的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)主視圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)的軸側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1至圖4示出了本發(fā)明的一實(shí)施例，需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本發(fā)明實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。

如圖1、圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)出口冷卻系統(tǒng)包括燃燒室外機(jī)匣13以及安裝在燃燒室外機(jī)匣13的多根熱管束11，多根熱管束11沿燃燒室外機(jī)匣13的外周向外呈發(fā)散狀分布，熱管束11的蒸發(fā)端a穿過燃燒室外機(jī)匣13而位于燃燒室外環(huán)9內(nèi)，用于接觸燃燒室外環(huán)9氣流，熱管束11的冷凝端b位于發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道17內(nèi)。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，空氣氣流通過風(fēng)扇1進(jìn)入外涵道17和內(nèi)涵道18。進(jìn)入內(nèi)涵道18的氣流經(jīng)過增壓級(jí)2和高壓壓氣機(jī)3壓縮后，大部分進(jìn)入燃燒室火焰筒4，少部分氣流通過燃燒室外環(huán)9和燃燒室內(nèi)環(huán)10和用于冷卻高壓渦輪一級(jí)轉(zhuǎn)靜子高溫零部件。進(jìn)入燃燒室火焰筒4的氣流經(jīng)過燃燒吸熱，對(duì)高壓渦輪5和低壓渦輪6做功，分別通過高壓軸7輸出功率至高壓壓氣機(jī)3，低壓軸8輸出功率至增壓級(jí)2和風(fēng)扇1。熱管束11的蒸發(fā)端a接觸至燃燒室外環(huán)9的氣流，通過各熱管11a、11b、11c作為傳熱單元帶走外環(huán)9氣流的熱量，最后熱量在熱管束11的冷凝端b散發(fā)到外涵道17。

如圖2所示，在圖1中示出熱管束11由若干熱管組成，數(shù)目不限于圖中示出 了三根熱管11a、11b、11c，可以多于或少于三個(gè)，其安裝在燃燒室外機(jī)匣13上。在圖1至圖4所示的實(shí)施例中，熱管束11的冷凝端b直接安置于外涵道17中，不需要安置于換熱器12中，通過外涵道17的低溫氣流直接帶走冷凝端b散發(fā)的熱量。

如圖2至圖4所示，在燃燒室外機(jī)匣13上提供有點(diǎn)火線14、飛機(jī)引氣的安裝座15，在燃燒室外機(jī)匣13的外周還提供了熱管束11的安裝位置。在燃燒室外機(jī)匣13上引出熱管束11，熱管束11的樹木可以根據(jù)目前熱管的規(guī)格及燃燒室外機(jī)匣13可利用的面積的選擇，優(yōu)先可選擇熱管3-5根。從圖2中可以看出，熱管11a、11b、11c的蒸發(fā)端a通過穿過了燃燒室外機(jī)匣13，直接接觸燃燒室外環(huán)9內(nèi)的氣流，由于燃燒室外機(jī)匣13的氣流溫度較高，熱管11a、11b、11c的至少位于燃燒室外環(huán)9內(nèi)的部分可以優(yōu)先選擇帶有陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)，以免高溫氣流致使熱管過早失去了工作能力。

如圖3所示，熱管11a、11b、11c焊接在安裝法蘭16上，安裝法蘭16通過螺栓固定在燃燒室外機(jī)匣13的安裝座19上。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，熱管的安裝還可以選用其他安裝方式，例如直接焊接在燃燒室外機(jī)匣13上。

如圖4所示，在優(yōu)選的實(shí)施例中，熱管束11在燃燒室外機(jī)匣13的周向等間隔地均勻分布，熱管束11大致以燃燒室外機(jī)匣13或發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸線為中心呈輻射狀分布，熱管束11呈直線形狀。根據(jù)如圖4所示的優(yōu)選實(shí)施例中，熱管束11的安裝位置有利于周向均勻冷卻燃燒室外環(huán)氣流，有利高壓渦輪一導(dǎo)葉片周向進(jìn)氣溫度均勻。

如圖1和圖2所示，熱管束11從發(fā)動(dòng)機(jī)的核心艙經(jīng)過，并且置于燃燒室外機(jī)匣13，考慮到燃燒室外機(jī)匣13溫度高，輻射熱量較大，可能會(huì)對(duì)熱管束11工作造成影響；另一方面考慮到熱管束本身散熱會(huì)對(duì)核心艙冷卻有一定影響，因此在較佳的實(shí)施例中，熱管11a、11b、11c的表面可以根據(jù)需要，設(shè)計(jì)隔熱材料，或者設(shè)計(jì)熱防護(hù)的結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

圖5示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例，本實(shí)施例沿用前述實(shí)施例的元件標(biāo)號(hào)與部分內(nèi)容，其中采用相同的標(biāo)號(hào)來表示相同或近似的元件，并且選擇性地省略了相同技術(shù)內(nèi)容的說明。關(guān)于省略部分的說明可參照前述實(shí)施例，本實(shí)施例不再重復(fù)贅述。

如圖5所示，換熱器12安置于風(fēng)扇外涵，其位置可以結(jié)合圖1來理解，通過 安裝座或其他方式固定在發(fā)動(dòng)機(jī)核心艙外機(jī)匣上。熱管束11的冷凝端b通過安裝座或其他形式固定于換熱器12中，換熱器12主要是加強(qiáng)熱管冷凝端b的散熱，提高熱管效率；在本發(fā)明的實(shí)施例中，換熱器12的結(jié)構(gòu)特征及形式不限，優(yōu)選為結(jié)構(gòu)簡單的簡易換熱器。

前述實(shí)施例的高壓壓氣機(jī)出口二次氣流大約50％經(jīng)過燃燒室外環(huán)通道后冷卻高壓渦輪一級(jí)的靜子零部件，在燃燒室外機(jī)匣安裝熱管，通過熱管的蒸發(fā)端(需接觸燃燒室外環(huán)氣流)有效帶走通過燃燒室外環(huán)氣流的熱量，再通過熱管冷凝端(安裝在換熱器單元中)將熱量散發(fā)到風(fēng)扇外涵道，用熱管取代了傳統(tǒng)的換熱器系統(tǒng)，可達(dá)到降低氣流溫度，減少高壓壓氣機(jī)出口氣流流動(dòng)損失，更易實(shí)現(xiàn)安裝的目的。

本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。