一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆的制作方法

1.本技术属于航空发动机射流预冷技术领域，特别涉及一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆。


背景技术：

2.射流预冷技术的原理是将低沸点的水介质或水和甲醇混合物通过不同型式的喷嘴喷射到高温高速气流中，离散化的冷却介质被高速气流切割破损，液滴粒径进一步缩小，与高温气流充分掺混，利用其巨大的汽化潜热作用大幅降低来流温度，拓展发动机飞行包线，使其不受飞行高度和马赫数的限制。用于水介质雾化的喷嘴类型主要包括离心喷嘴、空气雾化喷嘴和小孔直射喷嘴等，喷嘴的雾化特性是影响射流段掺混效果和蒸发效率的主要因素，同时喷嘴的结构形式也决定着喷杆的设计形式。喷杆的作用是为各个喷嘴提供结构支撑，同时将冷却介质分配至各个喷嘴，但喷杆在高速流场状态下会影响流体的运动造成滞留效应以及喷杆后端流场的不均匀，因此喷杆既需要保证足够的强度，又要避免较大的堵塞比和重量。
3.现有技术中，现有射流预冷装置喷杆喷嘴构型设计不合理，喷杆喷嘴一般采用圆柱型喷杆加旋流喷嘴设计思路，导致堵塞比大，引起较大的进气压力损失，同时重量较大；单个离心喷嘴相比小孔直射喷嘴雾化效果好，一般射流预冷试验采用离心雾化喷嘴，但离心雾化喷嘴与喷杆通过螺纹结构连接、密封，可能存在接口泄露、喷嘴脱落等风险；进口离心雾化喷嘴价格高，同时喷杆需要加工匹配喷嘴的高精度螺纹，雾化喷杆工艺复杂，成本高；喷杆喷嘴布置不合理，导致射流冷却介质在喷射截面分布不均匀，导致经过冷却后的温度场分布不均匀；喷杆两端固定于进气道两侧，喷杆工作过程中受热膨胀变形受阻，喷杆易损坏，在非工作的低温状态下，喷杆收缩易脱离进气道的支撑。
4.因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，以解决现有技术存在的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：
7.一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，所述喷杆包括：喷杆座以及喷管，其中，
8.所述喷管在所述喷杆座上平行设置三个，所述喷管内部具有供水通道，所述喷管上开设有与所述供水通道连通的多组小孔直射喷嘴，每组包括两个相对设置的小孔直射喷嘴，各个所述喷管均通过所述喷杆座上的供水接头与水系统连接；以及
9.所述喷杆通过安装座安装在圆形进气道上，三个所述喷管沿所述圆形进气道的进气方向布置，依次为前喷水截面喷管、中间喷水截面喷管以及后喷水截面喷管，所述前喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴为前喷水截面直射喷嘴，所述中间喷水截面喷管上的小孔直射
喷嘴为中间喷水截面直射喷嘴，所述后喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴为后喷水截面直射喷嘴，所述前喷水截面直射喷嘴、所述中间喷水截面直射喷嘴以及所述后喷水截面直射喷嘴的喷射方向均与进气方向垂直。
10.在本技术的至少一个实施例中，所述喷杆为不锈钢材料制件。
11.在本技术的至少一个实施例中，所述喷杆座上安装有三个供水接头，所述喷杆的各个所述喷管均通过对应的供水接头与水系统连接。
12.在本技术的至少一个实施例中，所述喷杆在所述圆形进气道上平行安装多个，且各个所述喷杆在所述圆形进气道的轴向位置相同，其中，
13.多个所述喷杆的前喷水截面直射喷嘴形成的喷水截面为前喷水截面；
14.多个所述喷杆的中间喷水截面直射喷嘴形成的喷水截面为中间喷水截面；
15.多个所述喷杆的后喷水截面直射喷嘴形成的喷水截面为后喷水截面。
16.在本技术的至少一个实施例中，所述喷杆在所述圆形进气道上等间距平行安装7个。
17.在本技术的至少一个实施例中，同一喷水截面内，相邻的两个喷管的小孔直射喷嘴采用相互交错的布置形式。
18.在本技术的至少一个实施例中，相邻喷水截面内，相邻的两个喷管的小孔直射喷嘴采用相互交错的布置形式。
19.在本技术的至少一个实施例中，
20.所述安装座包括第一安装座以及第二安装座，所述第一安装座以及所述第二安装座分别固定安装在所述圆形进气道的外侧壁面上，所述安装座上开设有安装孔以及螺栓孔；
21.所述喷杆上的三个所述喷管的第二端由所述第一安装座的安装孔插接到所述圆形进气道中，并由所述第二安装座的安装孔穿出，三个所述喷管的第一端通过所述喷杆座与所述第一安装座螺栓连接；
22.三个所述喷管的第二端通过挡板连接，且所述挡板与所述第二安装座之间通过止口防脱，所述第二安装座上通过螺栓安装堵盖。
23.在本技术的至少一个实施例中，三个所述喷管的第二端与第二安装座的安装孔之间具有预定间隙。
24.在本技术的至少一个实施例中，所述堵盖与所述挡板之间预留有热胀空间。
25.发明至少存在以下有益技术效果：
26.本技术的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，
27.a)采用喷杆喷嘴一体化的设计构型，有效降低了喷杆的阻塞比，减小总压损失，最大限度的减小喷杆对进气流场的影响，同时降低了喷杆重量；
28.b)采用小孔直射喷嘴，喷嘴喷杆集成化设计，在降低喷杆阻塞比和重量的基础上，避免了接口泄露、喷嘴脱落等风险；
29.c)加工方便，工艺简单，制造成本低；
30.d)通过喷杆喷嘴合理设计，保证了射流预冷后温度场的均匀性；
31.e)充分考虑喷杆工作场景下的热胀冷缩影响，具备吸收喷杆受热时的热胀量，同时有效防止喷杆收缩时脱离支撑，提高喷杆工作可靠性。
附图说明
32.图1是本技术一个实施方式的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆剖视图；
33.图2是本技术一个实施方式的小孔直射喷嘴布置示意图；
34.图3是本技术一个实施方式的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆布置示意图；
35.图4是本技术一个实施方式的喷嘴截面示意图；
36.图5是本技术一个实施方式的前喷水截面直射喷嘴分布示意图；
37.图6是本技术一个实施方式的中间喷水截面直射喷嘴分布示意图；
38.图7是本技术一个实施方式的后喷水截面直射喷嘴分布示意图；
39.图8是本技术一个实施方式的前喷水截面直射喷嘴和中间喷水截面直射喷嘴合并投影示意图；
40.图9是本技术一个实施方式的前喷水截面直射喷嘴、中间喷水截面直射喷嘴和后喷水截面直射喷嘴合并投影示意图；
41.图10是本技术一个实施方式的喷杆第一端装配示意图；
42.图11是本技术一个实施方式的喷杆第二端装配示意图。
43.其中：
44.1-小孔直射喷嘴；2-供水通道；3-喷杆座；4-喷管；5-前喷水截面直射喷嘴；6-中间喷水截面直射喷嘴；7-后喷水截面直射喷嘴；8-圆形进气道；9-喷杆；10-前喷水截面；11-中间喷水截面；12-后喷水截面；13-安装座；14-螺栓；15-堵盖；16-挡板。
具体实施方式
45.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
46.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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技术和简化描述，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技术保护范围的限制。
47.下面结合附图1至图11对本技术做进一步详细说明。
48.本技术提供了一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，该喷杆9包括：喷杆座3以及喷管4。
49.具体的，每个喷杆9由三个平行设置的喷管4与喷杆座3焊接而成，喷管4为圆形钢管，每个喷管4内部具有一个供水通道2，喷管4上开设有与供水通道2连通的多组小孔直射
喷嘴1，多组小孔直射喷嘴1分别沿对应喷管4的长度方向开设，每组包括在喷管4两侧相对位置设计的两个小孔直射喷嘴1，每个供水通道2对应多组喷射方向与进气方向垂直的小孔直射喷嘴1，如图1所示。
50.其中，喷杆座3上安装有三个供水接头，喷杆9上的三个喷管4均通过喷杆座3上对应的供水接头与水系统连接，喷杆9通过安装座13安装在圆形进气道8上，三个喷管4沿进气方向布置，依次对应前喷水截面喷管、中间喷水截面喷管以及后喷水截面喷管，前喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴1为前喷水截面直射喷嘴5，中间喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴1为中间喷水截面直射喷嘴6，后喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴1为后喷水截面直射喷嘴7，并且前喷水截面直射喷嘴5、中间喷水截面直射喷嘴6以及后喷水截面直射喷嘴7的喷射方向均与进气方向垂直，如图2所示。另外，喷杆9置于进气流道内部，为适应高温气流环境，喷杆9整体选用不锈钢材料。
51.本技术的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，喷杆9在圆形进气道8上平行安装多个，各个喷杆9在圆形进气道8的轴向位置相同。在本技术的优选实施方式中，根据每个喷杆9上小孔直射喷嘴1覆盖的雾化区域范围，基于圆形进气道8进行喷杆9布局设计，在圆形进气道8上等间距平行布置七个喷杆9，七个喷杆9布置在圆形进气道8的同一轴向位置，喷杆9布置情况如图3所示。
52.本技术的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，为了减小喷水截面处喷杆9的阻塞面积，降低喷杆9对进气流场的影响，喷杆9上对应三个喷水截面的三个供水通道2采用前后叠加的结构形式。本实施例中，七个喷杆9相同轴向位置的供水通道2形成一个喷水截面，7个喷杆9的前喷水截面直射喷嘴5形成的喷水截面为前喷水截面10，中间喷水截面直射喷嘴6形成的喷水截面为中间喷水截面11，后喷水截面直射喷嘴7形成的喷水截面为后喷水截面12。喷射截面位置如图4所示。
53.本技术的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，为保证单个喷杆9沿喷杆长度方向的喷水量分布均匀，三个供水通道2上的小孔直射喷嘴1采用相互交错的布置形式。根据射流预冷最小喷水量要求，为保证水介质的雾化效果，提高小孔直射喷嘴1的初始喷射压力，应由具备最少的喷嘴数量的喷射截面提供该部分水量，因此设定该部分水量完全由前喷水截面提供，同时根据射流预冷最小喷水量及最小工作压力下单个喷嘴的流量可计算出前喷水截面直射喷嘴5的数量。对于中间喷水截面直射喷嘴6和后喷水截面直射喷嘴7的数量的选取，一方面考虑降低中间喷水截面或后喷水截面初始开启时的喷水量对总喷水量的影响，另一方面考虑不同流量水介质在流道内分布的均匀性等因素，综合考虑上述因素，并结合三个喷水截面小孔直射喷嘴1的布局，确定前喷水截面、中间喷水截面和后喷水截面的小孔直射喷嘴数量。同一喷水截面内，单支喷杆9上的小孔直射喷嘴1基本采用等间距排列方式，相邻的两个喷杆9的小孔直射喷嘴1的分布采用相互交错的形式。同时，考虑三个喷水截面工作时的喷水均匀性，相邻喷水截面内的喷嘴采用相互交错布局，各个喷水截面的小孔直射喷嘴1分布及合并投影如图5-图9所示。
54.在本技术的优选实施方式中，喷杆9的装配结构如图10-11所示。安装座13包括第一安装座以及第二安装座，第一安装座以及第二安装座分别通过焊接方式固定安装在圆形进气道8的外侧壁面上，两个安装座13上均开设有安装孔以及螺栓孔，安装座13与圆形进气道8之间无阶差。喷杆9上的三个喷管4的第二端由第一安装座的安装孔插接到圆形进气道8
中，并由第二安装座的安装孔穿出，三个喷管4的第一端固定安装在喷杆座3上，安装座13与第一安装座配合螺栓14固定连接；喷杆9的第一端完成固定后，三个喷管4的第二端安装挡板16，最后第二安装座上通过螺栓14安装堵盖15，其中，挡板16与第二安装座之间通过止口防脱。有利的是，本实施例中，三个喷管4的第二端与第二安装座安装孔之间保证一定的间隙，堵盖15与挡板16之间根据喷杆最高工作温度与喷杆9长度预留热胀空间。在喷杆9工作状态下，喷杆9处于高温高速气流中，喷杆9沿安装方向受热膨胀，同时高速气流对喷杆9施加较大的轴向力，喷杆9弯曲变形，此时喷管4第二端与第二安装座安装孔壁面接触，喷杆9形成双支点受力；喷杆9在非工作状态下，遇冷收缩，通过挡板16与第二安装座之间的止口结构可防止喷杆9脱离支撑。
55.本技术的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，采用喷杆喷嘴一体化的设计构型，沿高温流体流向将三个供水通道重叠布置，有效降低喷杆堵塞比，减小总压损失，显著减轻喷杆重量；采用的小孔直射喷嘴结构简单、体积较小，避免了由于喷嘴存在安装接口带来的接口泄露、喷嘴脱落等风险；供水通道直接选用标准不锈钢管，在钢管两侧直接加工小孔直射喷嘴，喷杆成本低、原料易采购、工艺简单；通过喷杆喷嘴的合理设计，有效提升射流后温度场均匀性；采用单边固定，单边简支的结构，保证喷杆在高温流体中受热灵活热胀，同时设计挡板结构避免喷杆冷缩状态下脱离支撑。
56.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述喷杆(9)包括：喷杆座(3)以及喷管(4)，其中，所述喷管(4)在所述喷杆座(3)上平行设置三个，所述喷管(4)内部具有供水通道(2)，所述喷管(4)上开设有与所述供水通道(2)连通的多组小孔直射喷嘴(1)，每组包括两个相对设置的小孔直射喷嘴(1)；以及所述喷杆(9)通过安装座(13)安装在圆形进气道(8)上，三个所述喷管(4)沿所述圆形进气道(8)的进气方向布置，依次为前喷水截面喷管、中间喷水截面喷管以及后喷水截面喷管，所述前喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴(1)为前喷水截面直射喷嘴(5)，所述中间喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴(1)为中间喷水截面直射喷嘴(6)，所述后喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴(1)为后喷水截面直射喷嘴(7)，所述前喷水截面直射喷嘴(5)、所述中间喷水截面直射喷嘴(6)以及所述后喷水截面直射喷嘴(7)的喷射方向均与进气方向垂直。2.根据权利要求1所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述喷杆(9)为不锈钢材料制件。3.根据权利要求1所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述喷杆座(3)上安装有三个供水接头，所述喷杆(9)的各个所述喷管(4)均通过对应的供水接头与水系统连接。4.根据权利要求1所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述喷杆(9)在所述圆形进气道(8)上平行安装多个，且各个所述喷杆(9)在所述圆形进气道(8)的轴向位置相同，其中，多个所述喷杆(9)的前喷水截面直射喷嘴(5)形成的喷水截面为前喷水截面(10)；多个所述喷杆(9)的中间喷水截面直射喷嘴(6)形成的喷水截面为中间喷水截面(11)；多个所述喷杆(9)的后喷水截面直射喷嘴(7)形成的喷水截面为后喷水截面(12)。5.根据权利要求4所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述喷杆(9)在所述圆形进气道(8)上等间距平行安装7个。6.根据权利要求5所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，同一喷水截面内，相邻的两个喷管(4)的小孔直射喷嘴(1)采用相互交错的布置形式。7.根据权利要求6所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，相邻喷水截面内，相邻的两个喷管(4)的小孔直射喷嘴(1)采用相互交错的布置形式。8.根据权利要求1所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述安装座(13)包括第一安装座以及第二安装座，所述第一安装座以及所述第二安装座分别固定安装在所述圆形进气道(8)的外侧壁面上，所述安装座(13)上开设有安装孔以及螺栓孔；所述喷杆(9)上的三个所述喷管(4)的第二端由所述第一安装座的安装孔插接到所述圆形进气道(8)中，并由所述第二安装座的安装孔穿出，三个所述喷管(4)的第一端通过所述喷杆座(3)与所述第一安装座螺栓连接；三个所述喷管(4)的第二端通过挡板(16)连接，且所述挡板(16)与所述第二安装座之间通过止口防脱，所述第二安装座上通过螺栓安装堵盖(15)。9.根据权利要求8所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，三个所述喷管(4)的第二端与第二安装座的安装孔之间具有预定间隙。
10.根据权利要求9所述的适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆，其特征在于，所述堵盖(15)与所述挡板(16)之间预留有热胀空间。

技术总结
本申请属于航空发动机射流预冷技术领域，特别涉及一种适配圆形进气道的多流路射流预冷雾化喷杆。所述喷杆包括：喷杆座以及喷管，其中，所述喷管在所述喷杆座上平行设置三个，所述喷管内部具有供水通道，所述喷管上开设有与所述供水通道连通的多组小孔直射喷嘴，每组包括两个相对设置的小孔直射喷嘴，各个所述喷管均通过所述喷杆座上的供水接头与水系统连接；以及所述喷杆通过安装座安装在圆形进气道上，三个所述喷管沿进气方向布置，依次为前喷水截面喷管、中间喷水截面喷管以及后喷水截面喷管，所述前喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴为前喷水截面直射喷嘴，所述中间喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴为中间喷水截面直射喷嘴，所述后喷水截面喷管上的小孔直射喷嘴为后喷水截面直射喷嘴。直射喷嘴。直射喷嘴。


技术研发人员：乔木 薛洪科 宁英超 刘旭峰 李艳军
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.02.13
技术公布日：2023/5/16