一种超燃冲压发动机双通道冷却系统

1.本发明涉及超燃冲压发动机技术领域，具体涉及一种超燃冲压发动机双通道冷却系统。


背景技术：

2.随着飞行马赫数的进一步提高，壁面的热载荷逐渐超出了燃料的吸热能力上限，燃料吸热能力不足成为壁面冷却的核心限制。为了更充分地利用燃料吸热能力，通常使燃料发生吸热裂解反应来获得额外的化学吸热能力。然而，外层冷却液在482℃开始发生热裂解结焦，而热氧化沉积结焦更是在260℃就开始出现。结焦形成的高含碳量的焦状物会吸附在通道表面造成传热性能下降，甚至可能完全堵塞冷却通道，从而使发动机性能失效。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高热流发动机壁面冷却通道内的结焦问题，从而提供一种超燃冲压发动机双通道冷却系统。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超燃冲压发动机双通道冷却系统，包括：燃料箱，所述燃料箱内设有外层冷却液，所述燃料箱与燃料泵连接；燃烧室，所述燃烧室的壁面内设有外层冷却通道和内层冷却通道；内层冷却回路，所述冷却回路包括换热器和内层冷却管路，所述内层冷却管路内的内层冷却液经过所述内层冷却通道对所述燃烧室的壁面进行一级冷却，并利用所述换热器对所述内层冷却液进行换热；所述燃料箱内的外层冷却液通过所述燃料泵进入所述外层冷却通道内，对所述内层冷却液进行二级冷却，冷却后的内层冷却液进入所述换热器内进行换热，最后进入所述燃烧室内。
5.进一步地，所述外层冷却液和内层冷却液的流动方向相反。
6.进一步地，所述内层冷却回路还包括电磁泵，所述电磁泵设于所述内层冷却管路上。
7.进一步地，所述外层冷却通道和内层冷却通道间隔设置，且一层所述内层冷却通道对应至少一层所述外层冷却通道。
8.进一步地，所述外层冷却通道和内层冷却通道一一对应设置。
9.进一步地，外层冷却通道和内层冷却通道交错设置。
10.进一步地，所述外层冷却通道和内层冷却通道的截面为矩形、圆形或者半圆形。
11.进一步地，所述外层冷却通道的一端至另一端的截面逐渐增大。
12.进一步地，所述外层冷却通道为连续流道，所述内层冷却通道为直流通道。
13.进一步地，所述外层冷却液为碳氢燃料，所述内层冷却液为液态金属。
14.本发明技术方案，具有如下优点：
15.1.本发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统，包括：燃料箱，所述燃料箱内设有外层冷却液，所述燃料箱与燃料泵连接；燃烧室，所述燃烧室的壁面内设有外层冷却通道和内层冷却通道；内层冷却回路，所述冷却回路包括换热器和内层冷却管路，所述内层冷却
管路内的内层冷却液经过所述内层冷却通道对所述燃烧室的壁面进行一级冷却，并利用所述换热器对所述内层冷却液进行换热；所述燃料箱内的外层冷却液通过所述燃料泵进入所述外层冷却通道内，对所述内层冷却液进行二级冷却，冷却后的内层冷却液进入所述换热器内进行换热，最后进入所述燃烧室内。
16.该超然冲压发动机双通道冷却系统在实际使用中，应用至超然冲压发动机内，首先通过内层冷却回路内的内层冷却液在燃烧室的壁面和内层冷却管路内进行流动，内层冷却回路为闭式循环；其中，内层冷却液的经过所述内层冷却通道时，对所述燃烧室的壁面进行一级冷却，一级冷却后的内层冷却液回流至换热器中，利用所述换热器对所述内层冷却液进行换热；燃料箱内的外层冷却液通过所述燃料泵进入所述外层冷却通道内，对所述内层冷却液进行二级冷却，冷却后的内层冷却液进入所述换热器内进行换热，最后进入所述燃烧室内。
17.通过先利用内层冷却液对超燃冲压发动机壁面进行一级冷却，再利用外层冷却液对内层冷却液进行二级冷却的过程，可将外层冷却液发生裂解的化学反应由壁面的冷却通道转移至内层冷却液与外层冷却液的换热器内，这样外层冷却液的结焦发生在可重复替换的换热器内，避免了传统再生冷却通道内的结焦现象，同时，该双级冷却过程相比内层冷却液单通道冷却过程而言，具有更佳的壁面冷却效果，且冷却通道出口的外层冷却液也完成了预热过程，实现了燃烧室热量的回收利用。
18.2.本发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统，所述外层冷却液和内层冷却液的流动方向相反。内层冷却液与外层冷却液在冷却通道中逆流布置可以使发动机壁面最高温度点不超温，即内层冷却液在内层冷却通道的出口处位置不超温，从而实现了发动机壁面的有效热防护。
19.3.本发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统，所述外层冷却通道的一端至另一端的截面逐渐增大。可以使发动机壁面吸热量处处近似相等，即保证了壁面良好的均温性能，使壁面总体温度趋于一致。
20.4.本发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统，所述外层冷却通道为连续流道，所述内层冷却通道为直流通道。外层冷却通道采用不同类型的流道，可以使外层冷却通道内的换热效果增强，有利于实现外层冷却通道内的强化传热现象。
21.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的结构示意图；
24.图2为发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的外层冷却通道和内层冷却通道的结构示意图；
25.图3为发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的一层外层冷却通道和一层内层冷却通道的结构示意图；
26.图4为发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的两层外层冷却通道和一层内层冷却通道的结构示意图；
27.图5为发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的三层外层冷却通道和一层内层冷却通道的结构示意图；
28.图6为发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的两层外层冷却通道和内层冷却通道的交错设置的结构示意图；
29.图7为发明提供的超燃冲压发动机双通道冷却系统的外层冷却通道的结构示意图。
30.附图标记说明：
31.1、燃料箱；2、外层冷却液；3、燃料泵；4、燃烧室；5、外层冷却通道；6、内层冷却通道；7、内层冷却液；8、换热器；9、内层冷却管路；10、电磁泵。
具体实施方式
32.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
33.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
35.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并
且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
37.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
38.请参阅图1至图4所示，本发明提供了一种超燃冲压发动机双通道冷却系统，包括：燃料箱1，所述燃料箱1内设有外层冷却液2，所述燃料箱1与燃料泵3连接；燃烧室4，所述燃烧室4的壁面内设有外层冷却通道5和内层冷却通道6；内层冷却回路，所述冷却回路包括换热器8和内层冷却管路9，所述内层冷却管路9内的内层冷却液7经过所述内层冷却通道6对所述燃烧室4的壁面进行一级冷却，并利用所述换热器8对所述液体金属进行换热；所述燃料箱1内的外层冷却液2通过所述燃料泵3进入所述外层冷却通道5内，对所述内层冷却液7进行二级冷却，冷却后的内层冷却液7进入所述换热器8内进行换热，最后进入所述燃烧室4内。
39.该超然冲压发动机双通道冷却系统在实际使用中，应用至超然冲压发动机内，首先通过内层冷却回路内的内层冷却液7在燃烧室4的壁面和内层冷却管路9内进行流动，内层冷却回路为闭式循环；其中，内层冷却液7的经过所述内层冷却通道6时，对所述燃烧室4的壁面进行一级冷却，一级冷却后的内层冷却液7回流至换热器8中，利用所述换热器8对所述内层冷却液7进行换热；燃料箱1内的外层冷却液2通过所述燃料泵3进入所述外层冷却通道5内，对所述内层冷却液7进行二级冷却，冷却后的内层冷却液7进入所述换热器8内进行换热，最后进入所述燃烧室4内。
40.通过先利用内层冷却液7对超燃冲压发动机壁面进行一级冷却，再利用外层冷却液2对内层冷却液7进行二级冷却的过程，可将外层冷却液2发生裂解的化学反应由壁面的冷却通道转移至内层冷却液7与外层冷却液2的换热器8内，这样外层冷却液2的结焦发生在可重复替换的换热器8内，避免了传统再生冷却通道内的结焦现象，同时，该双级冷却过程相比内层冷却液7单通道冷却过程而言，具有更佳的壁面冷却效果，且冷却通道出口的外层冷却液2也完成了预热过程，实现了燃烧室4热量的回收利用。
41.所述内层冷却液7用于吸收燃烧室4内的热量，达到冷却发动机壁面的效果；所述外层冷却液2吸收内层冷却液7的热量，最后注回燃烧室4，使燃烧室4的热量回收再利用；所述外层冷却液2和内层冷却液7在冷却通道中为逆流布置方式；即所述外层冷却液2和内层冷却液7的流动方向相反。
42.内层冷却液7与外层冷却液2在冷却通道中逆流布置可以使发动机壁面最高温度点不超温，即内层冷却液7在内层冷却通道6的出口处位置不超温，从而实现了发动机壁面的有效热防护。
43.在一些可选的实施例中，所述内层冷却回路还包括电磁泵10，所述电磁泵10设于所述内层冷却管路9上。该电磁泵10的设置，使得内层冷却回路内的内层冷却液7可以在内层冷却管路9和内层冷却通道6内流动，为内层冷却液7的流动提供了动力来源。
44.在一些可选的实施例中，所述外层冷却通道5和内层冷却通道6间隔设置，外层冷却通道5和内层冷却通道6采用共壁面的结构，该设置方式具有高效传热轻质结构特点；且
一层所述内层冷却通道6对应至少一层所述外层冷却通道5。
45.即一层所述内层冷却通道6可以对应着一层外层冷却通道5，当然，一层所述内层冷却通道6可以对应着多层外层冷却通道5。具体的，可以根据实际情况自行设定。
46.在另一些可选的实施例中，所述外层冷却通道5和内层冷却通道6一一对应设置；当然，外层冷却通道5和内层冷却通道6交错设置。具体的，可以根据实际情况自行设定。
47.在一些可选的实施例中，所述外层冷却通道5和内层冷却通道6的截面为矩形、圆形或者半圆形。
48.在一些可选的实施例中，所述外层冷却通道5的一端至另一端的截面逐渐增大。可以使发动机壁面吸热量处处近似相等，即保证了壁面良好的均温性能，使壁面总体温度趋于一致。
49.其中，所述内层冷却通道6沿流体流动方向截面形状不变，所述外层冷却通道5沿流体流动方向截面形状可以不变，也可以改变为截面面积沿流体流动方向逐渐增大。具体的，可以根据实际情况自行设定。
50.在一些可选的实施例中，所述外层冷却通道5为连续流道，所述内层冷却通道6为直流通道。其中，连续流道可以为直流通道、蛇形流道、之字型流道等；
51.或者外层冷却通道5为不连续流道，如翼型流道等。
52.外层冷却通道5采用不同类型的流道，可以使外层冷却通道5内的换热效果增强，有利于实现外层冷却通道5内的强化传热现象。
53.在本实施例中，所述外层冷却液2为碳氢燃料，所述内层冷却液7为液态金属。具体地，液态金属为液锂、镓基合金或者钠钾合金。
54.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，包括：燃料箱(1)，所述燃料箱(1)内设有外层冷却液(2)，所述燃料箱(1)与燃料泵(3)连接；燃烧室(4)，所述燃烧室(4)的壁面内设有外层冷却通道(5)和内层冷却通道(6)；内层冷却回路，所述冷却回路包括换热器(8)和内层冷却管路(9)，所述内层冷却管路(9)内的内层冷却液(7)经过所述内层冷却通道(6)对所述燃烧室(4)的壁面进行一级冷却，并利用所述换热器(8)对所述内层冷却液(7)进行换热；所述燃料箱(1)内的外层冷却液(2)通过所述燃料泵(3)进入所述外层冷却通道(5)内，对所述内层冷却液(7)进行二级冷却，冷却后的内层冷却液(7)进入所述换热器(8)内进行换热，最后进入所述燃烧室(4)内。2.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却液(2)和内层冷却液(7)的流动方向相反。3.根据权利要求2所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述内层冷却回路还包括电磁泵(10)，所述电磁泵(10)设于所述内层冷却管路(9)上。4.根据权利要求1-3中任一项所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却通道(5)和内层冷却通道(6)间隔设置，且一层所述内层冷却通道(6)对应至少一层所述外层冷却通道(5)。5.根据权利要求4所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却通道(5)和内层冷却通道(6)一一对应设置。6.根据权利要求5所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，外层冷却通道(5)和内层冷却通道(6)交错设置。7.根据权利要求6所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却通道(5)和内层冷却通道(6)的截面为矩形、圆形或者半圆形。8.根据权利要求7所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却通道(5)的一端至另一端的截面逐渐增大。9.根据权利要求5-8中任一项所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却通道(5)为连续流道，所述内层冷却通道(6)为直流通道。10.根据权利要求9所述的超燃冲压发动机双通道冷却系统，其特征在于，所述外层冷却液(2)为碳氢燃料，所述内层冷却液(7)为液态金属。

技术总结
本发明涉及超燃冲压发动机技术领域，具体涉及一种超燃冲压发动机双通道冷却系统，包括：燃料箱，所述燃料箱内设有外层冷却液，所述燃料箱与燃料泵连接；燃烧室，所述燃烧室的壁面内设有外层冷却通道和内层冷却通道；内层冷却回路，所述冷却回路包括换热器和内层冷却管路，所述内层冷却管路内的内层冷却液经过所述内层冷却通道对所述燃烧室的壁面进行一级冷却，并利用所述换热器对所述内层冷却液进行换热；所述燃料箱内的外层冷却液通过所述燃料泵进入所述外层冷却通道内；该双级冷却过程相比内层冷却液单通道冷却过程而言，具有更佳的壁面冷却效果，且冷却通道出口的外层冷却液也完成了预热过程，实现了燃烧室热量的回收利用。实现了燃烧室热量的回收利用。实现了燃烧室热量的回收利用。


技术研发人员：秦江 徐静 王聪 程昆林 刘泽宽
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/5/30