一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置，該防冰腔裝置包括有防冰腔接口件、密封件、支撐件、防冰腔端蓋、整流隔板和整流釘。整流隔板置于防冰腔外壁與防冰腔內(nèi)壁之間，使防冰腔室分離為三個腔室。整流隔板上均勻陣列開設(shè)有安裝孔，安裝孔內(nèi)安裝有整流釘。布置在整流隔板上的銷釘陣列，可以擾動第三腔室內(nèi)防冰熱氣的流動，增加熱氣流動的湍流度，從而強(qiáng)化熱氣和防冰壁面的對流換熱性能；由于陣列銷釘是安裝在柔性復(fù)合材料板上的，使得增加的陣列銷釘不會破壞防冰腔的結(jié)構(gòu)，且質(zhì)量減輕，減低了供氣不穩(wěn)定導(dǎo)致的防冰腔體的剛性震動。
【專利說明】一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道上的防冰腔，更特別地說，是指一種具有 與進(jìn)氣道內(nèi)通道壁共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機(jī)都設(shè)計有防冰系統(tǒng)，而且多從壓氣機(jī)中間級或壓氣機(jī)后引熱空氣加溫 來防冰，這樣就要增加發(fā)動機(jī)燃油消耗。為了提高航空發(fā)動機(jī)的效率，防冰系統(tǒng)只是在結(jié)冰 環(huán)境下才投入工作。因此，航空發(fā)動機(jī)研究領(lǐng)域中環(huán)境結(jié)冰與發(fā)動機(jī)防冰問題也是一個比 較重要的研究課題。
[0003] 噴氣由飛機(jī)上的進(jìn)口（或發(fā)動機(jī)短艙進(jìn)口）至發(fā)動機(jī)進(jìn)口所經(jīng)過的一段管道稱為 發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道用于從外界吸入空氣，將空氣供給發(fā)動機(jī)并在 較高的飛行馬赫數(shù)下利用氣流速度減速增壓。由進(jìn)氣道、進(jìn)氣道控制裝置、放氣門和輔助進(jìn) 氣門、附面層吸除裝置和防止外來物進(jìn)入的防護(hù)裝置等組成的系統(tǒng)，稱為進(jìn)氣系統(tǒng)。
[0004] 飛機(jī)在結(jié)冰條件下飛行時，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道、進(jìn)氣部件和動力裝置均可能發(fā)生結(jié) 冰。這些部件的結(jié)冰對發(fā)動機(jī)的影響很大，輕則會使發(fā)動機(jī)的功率降低，重則能造成發(fā)動機(jī) 的損壞。所以，為了保證飛機(jī)的飛行安全，對發(fā)動機(jī)防冰是十分必要的。
[0005] 防冰系統(tǒng)中的防冰腔的結(jié)構(gòu)形式對防冰的效果影響很大，這個影響主要由防冰通 道內(nèi)的熱空氣與蒙皮間的換熱系數(shù)及熱空氣向外的傳熱面積不同引起。飛機(jī)的防冰系統(tǒng)分 為電防冰和熱防冰，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道和機(jī)翼防冰主要是靠發(fā)動機(jī)的熱引氣，而空速管和風(fēng) 擋則是依靠電加溫來防冰的。發(fā)動機(jī)防冰系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)引出的熱空氣來防冰。是 將發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱氣引入防冰腔內(nèi)，為了提高防冰效果，降低能量消耗，需要合理地設(shè)計防 冰腔。
[0006] 在《航空發(fā)動機(jī)原理》廉筱純，吳虎編著，于2005年6月第1版西北工業(yè)大學(xué)出版 社出版。在"第1章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)主要類型及其性能指標(biāo)"中介紹了多種發(fā)動機(jī)的結(jié) 構(gòu)，同時在發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)圖中指明了進(jìn)氣道的所在。從圖中可知不同發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)是 不同的。一般地，防冰通道的結(jié)構(gòu)與進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)是近似的，因為防冰通道會隨著進(jìn)氣道的 結(jié)構(gòu)改變而變化。進(jìn)氣道的唇口部分通常做成翼型形式，其通道形狀既要保證通道內(nèi)有足 夠均勻的速度場，又要使壓氣機(jī)的進(jìn)口具有最大的總壓恢復(fù)系數(shù)，若進(jìn)氣道唇口結(jié)冰，首先 會改變唇口翼型形狀，導(dǎo)致內(nèi)表面氣動特性惡化，其次會減小氣流的流通面積，使進(jìn)入發(fā)動 機(jī)的氣流流量減小，降低了發(fā)動機(jī)的推力。不僅如此，若發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道唇口的積冰脫落， 可能跟隨氣流進(jìn)入發(fā)動機(jī)而打傷大轉(zhuǎn)速的壓氣機(jī)葉片，造成發(fā)動機(jī)損傷及停車。飛行試驗 表明，在輕度和中度積冰條件下，飛機(jī)甚至不能爬升到12000英尺的高度，冰風(fēng)洞試驗結(jié)果 顯示，發(fā)動機(jī)效率損失了近20%。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 為了使防冰腔與進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)共形，從而提高航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道防冰通道的熱性 能，避免發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)壁結(jié)冰，保護(hù)航空發(fā)動機(jī)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，本發(fā)明設(shè)計了一 種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置。該裝置通過在防冰腔內(nèi)設(shè)置柔性整 流隔板將防冰腔分離為三個腔室，在整流隔板上設(shè)計陣列排布的孔來安裝整流釘，在三個 腔室通過的不同壓力、不同傳遞速度的熱氣流時，柔性整流隔板會變形，變形后的柔性整流 隔板擠壓整流釘，讓整流釘與防冰腔內(nèi)壁接觸傳遞熱，阻止進(jìn)氣道結(jié)冰。本發(fā)明設(shè)計的防冰 腔結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用到服役中的航空發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道的防冰腔中，在不改變進(jìn)氣道機(jī)械結(jié)構(gòu) 的前提下，提高了發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道防冰通道的熱性能。
[0008] 本發(fā)明是一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置，所述航空發(fā)動 機(jī)熱氣防冰腔是指航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道處設(shè)置的熱氣防冰腔，該熱氣防冰腔包括有防冰腔外 壁⑵與防冰腔內(nèi)壁⑶；在防冰腔外壁⑵與防冰腔內(nèi)壁⑶之間設(shè)置有整流隔板（7)， 整流隔板（7)上套接有支撐件（5)，防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)的一端安裝有密封件 (4)，另一端安裝有防冰腔端蓋￠)，防冰腔外壁（2)上設(shè)有熱氣入口（21)，熱氣入口（21) 上安裝有防冰腔接口件（1);
[0009] 整流隔板（7)與支撐件（5)將防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)分離為第一腔室 (2A)、第二腔室（2B)和第三腔室（2C);
[0010] 防冰腔接口件⑴包括有圓形接頭（11)和喇叭形接頭（12)，圓形接頭（11)與喇 叭形接頭（12)為鉚接，喇叭形接頭（12)與防冰腔外壁（2)上的熱氣入口（21)為鉚接；
[0011] 密封件（4)的一端為平面板，密封件（4)的另一端上設(shè)有第一凸臺（4A)、第二凸臺 (4B)和凹槽（4C)，凹槽（4C)設(shè)置在第一凸臺（4A)與第二凸臺（4B)之間。所述凹槽（4C) 用于安裝整流隔板（7)的后端（72);
[0012] 支撐件（5)上設(shè)有D氣流通孔（5A)，D氣流通孔（5A)用于將熱氣從第一腔室（2A) 進(jìn)入第二腔室（2B)中；
[0013] 防冰腔端蓋（6)上均勻陣列開設(shè)有A氣流通孔（6A)和B氣流通孔（6B)，A氣流通 孔（6A)和B氣流通孔（6B)用于熱氣排出；防冰腔端蓋（6)的一端設(shè)有凸圓臺（6C)，凸圓 臺（6C)與整流隔板（7)的前端（71)連接；
[0014] 整流隔板（7)上均勻陣列開設(shè)有安裝孔（7A)和C氣流通孔（7B)，所述的C氣流通 孔（7B)位于整流隔板（7)的后端（72);安裝孔（7A)上安裝有整流釘⑶；
[0015] 整流釘⑶包括有T形圓柱（81)、錐形卡圈（82)和墊片（83)，T形圓柱（81)上 套接錐形卡圈（82)和墊片（83)，錐形卡圈（82)與墊片（83)之間是整流隔板（7)。
[0016] 在本發(fā)明中，在整流隔板（7)上安裝多個整流釘（8)、并套接上支撐件（5)、兩端安 裝密封件⑷和防冰腔端蓋（6)構(gòu)成防冰腔中間件，該防冰腔中間件能夠與防冰腔外壁（2) 與防冰腔內(nèi)壁（3)形成的防冰腔共形。航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔可以中矩形結(jié)構(gòu)的，也可以 是圓形結(jié)構(gòu)的。
[0017] 在本發(fā)明中，整流隔板（7)的長短于航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道防冰通道的通道長2? 5cm〇
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的外部結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖1A是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的另一視角外部結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖1B是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的正視結(jié)構(gòu)圖。
[0021] 圖1C是圖1B的A-A剖視圖。
[0022] 圖1D是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的分解圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的防冰腔端蓋結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的整流隔板結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 圖4是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的支撐件結(jié)構(gòu)圖。
[0026] 圖4A是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的支撐件部分放大圖。
[0027] 圖5是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的密封件結(jié)構(gòu)圖。
[0028] 圖6是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的整流釘結(jié)構(gòu)圖。
[0029] 圖7是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的防冰腔接口件結(jié)構(gòu)圖。 圖7A是本發(fā)明的圓形熱氣防冰腔的防冰腔接口件的剖視圖。
[0030] 圖8是本發(fā)明的矩形熱氣防冰腔的外部結(jié)構(gòu)圖。
[0031] 圖8A是本發(fā)明的矩形熱氣防冰腔的分解圖。
[0032] 圖9是應(yīng)用本發(fā)明設(shè)計的防冰腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行防冰模擬實驗的防冰換熱性能的提高 百分比隨供氣流量變化的曲線圖。
[0033]
【權(quán)利要求】
1. 一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置，所述航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰 腔是指航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道處設(shè)置的熱氣防冰腔，該熱氣防冰腔包括有防冰腔外壁（2)與防 冰腔內(nèi)壁（3)，其特征在于：在防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)之間設(shè)置有整流隔板（7)， 整流隔板（7)上套接有支撐件（5)，防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)的一端安裝有密封件 (4)，另一端安裝有防冰腔端蓋￠)，防冰腔外壁（2)上設(shè)有熱氣入口（21)，熱氣入口（21) 上安裝有防冰腔接口件（1); 整流隔板（7)與支撐件（5)將防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)分離為第一腔室（2A)、 第二腔室（2B)和第三腔室（2C); 防冰腔接口件（1)包括有圓形接頭（11)和喇叭形接頭（12)，圓形接頭（11)與喇叭形 接頭（12)為鉚接，喇叭形接頭（12)與防冰腔外壁⑵上的熱氣入口（21)為鉚接； 密封件（4)的一端為平面板，密封件（4)的另一端上設(shè)有第一凸臺（4A)、第二凸臺 (4B)和凹槽（4C)，凹槽（4C)設(shè)置在第一凸臺（4A)與第二凸臺（4B)之間。所述凹槽（4C) 用于安裝整流隔板（7)的后端（72); 支撐件（5)上設(shè)有D氣流通孔（5A)，D氣流通孔（5A)用于將熱氣從第一腔室（2A)進(jìn) 入第二腔室（2B)中； 防冰腔端蓋（6)上均勻陣列開設(shè)有A氣流通孔^A)和B氣流通孔^B)，A氣流通孔 (6A)和B氣流通孔（6B)用于熱氣排出；防冰腔端蓋（6)的一端設(shè)有凸圓臺（6C)，凸圓臺 (6C)與整流隔板（7)的前端（71)連接； 整流隔板（7)上均勻陣列開設(shè)有安裝孔（7A)和C氣流通孔（7B)，所述的C氣流通孔 (7B)位于整流隔板（7)的后端（72);安裝孔（7A)上安裝有整流釘（8); 整流釘（8)包括有T形圓柱（81)、錐形卡圈（82)和墊片（83)，T形圓柱（81)上套接 錐形卡圈（82)和墊片（83)，錐形卡圈（82)與墊片（83)之間是整流隔板（7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置，其 特征在于：在整流隔板（7)上安裝多個整流釘（8)、并套接上支撐件（5)、兩端安裝密封件 (4)和防冰腔端蓋（6)構(gòu)成防冰腔中間件，該防冰腔中間件能夠與防冰腔外壁（2)與防冰腔 內(nèi)壁（3)形成的防冰腔共形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置，其 特征在于：當(dāng)防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)形成的防冰腔為矩形時，則整流隔板（7)、 支撐件（5)和防冰腔端蓋（6)為矩形結(jié)構(gòu)，且密封件（4)為U形結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝置，其 特征在于：當(dāng)防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)形成的防冰腔為圓形時，則整流隔板（7)、 密封件（4)、支撐件（5)和防冰腔端蓋（6)為圓形結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝 置，其特征在于：整流隔板（7)采用碳纖維增強(qiáng)耐熱環(huán)氧樹脂復(fù)合材料加工，整流釘（8)采 用銅加工。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝 置，其特征在于：整流隔板（7)的長短于航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道防冰通道的通道長2?5cm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣 防冰腔裝置，其特征在于：防冰腔外壁（2)與防冰腔內(nèi)壁（3)的高度記為h，則支 撐件（5)的D氣流通孔（5A)的孔直徑為
防冰腔端蓋（6)的氣 流通孔的孔直徑為
整流隔板（7)的矩形C氣流通孔（7B)的長
整流釘⑶的T形圓柱（81)的直徑
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種具有與防冰壁面共形的航空發(fā)動機(jī)熱氣防冰腔裝 置，其特征在于：在航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道的防冰腔模擬件中安裝本發(fā)明設(shè)計的圓共形防冰腔 中間件與未安裝圓共形防冰腔中間件進(jìn)行對比：在防冰腔換熱達(dá)到穩(wěn)態(tài)工況時，防冰壁面 平均對流換熱努謝爾數(shù)提高了 23.66%。
【文檔編號】F02C7/047GK104088704SQ201410298494
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】卜雪琴, 彭瓏, 林貴平, 郁嘉 申請人:北京航空航天大學(xué)