一種適用于航空發(fā)動機的螺旋管式換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于航空發(fā)動機的螺旋管式換熱器，屬于航空航天飛行器熱防 護技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著航空渦輪發(fā)動機的不斷發(fā)展，對其性能的要求也不斷提高，從熱力學的角度 來說，發(fā)動機性能的提高主要是通過提高壓氣機增壓比和渦輪前溫度來實現(xiàn)。一方面，壓氣 機增壓比的提高造成其后級引出的高溫渦輪冷卻空氣溫度上升，冷卻品質下降，在保證冷 卻效率的前提下，需要增大冷卻空氣流量，對于發(fā)動機整機的效率造成了一定的影響；另一 方面，在高溫材料耐溫特性無法大幅改觀的情況下，渦輪前溫度的提高對發(fā)動機熱端部件 的冷卻提出更高的要求。另一方面，隨著未來航空發(fā)動機性能的不斷提高，渦輪前的溫度還 在不斷升高，預期2020年達到2200K，壓比將提升到30以上此時壓氣機出口引氣的溫度將 可能達到900K。為滿足航空發(fā)動機所用冷卻氣體壓力的需要，冷卻氣體一般需要從高壓壓 氣機后提取，直接從壓氣機出口引氣來冷卻熱端部件（增壓比30時，壓氣機出口氣體的溫 度將達到900K)，勢必難以達到預期的效果，給航空發(fā)動機熱端部件的穩(wěn)定工作帶來極大的 挑戰(zhàn)。
[0003] 研宄表明燃料本身具有很大的吸熱能力，除其自身物理熱沉外，還可以通過其化 學反應吸熱，以美國JP8軍用航空煤油為例，如圖1所示，Ikg該航空煤油從常溫298K加熱 到800K，吸熱量高達1600kJ。因此，學者們提出了 CCA(cooled cooling air)技術，如圖2 所示，通過在航空發(fā)動機中加裝換熱器，利用飛行器自帶燃料對冷卻空氣進行冷卻，降低冷 卻空氣溫度，提高冷卻空氣的冷卻品質。換熱器作為熱量交換的通用設備，有著多種多樣的 內(nèi)部結構，從民用換熱器角度來看，管殼式換熱器可適用的溫度和壓力范圍較大，應用最為 廣泛，但其由于結構緊湊度較低，一般民用換熱器在自重200kg條件下僅獲得5m 2左右的換 熱面積，在航空發(fā)動機上應用存在一定的難度。而作為緊湊式換熱器典型代表的螺旋板式 和板式換熱器，其應用溫度和壓力范圍較小，無法同時滿足航空發(fā)動機中高溫、高壓和重量 控制的要求，使得傳統(tǒng)換熱器結構型式在航空發(fā)動中的直接應用存在較大困難。
[0004] 在航空發(fā)動機的實際應用中，對于結構重量有著極為嚴苛的要求，因為重量將直 接決定發(fā)動機推重比。另外，在航空應用中，對換熱器的隨形特征有著較強的要求。所謂隨 形即為該實體結構可以根據(jù)所在環(huán)境和空間調整期結構，以便于安裝和拆卸清洗。傳統(tǒng)的 板翅式換熱器和管殼式換熱器并不具備該特點。
[0005] 在已有發(fā)動機結構中，通過在外涵道中增加空/空換熱器（俄羅斯31-F)，利用發(fā) 動機外涵空氣對冷卻空氣進行冷卻，取得了一定的效果，但其冷卻能力較小，并且造成外涵 空氣的壓力損失，影響了發(fā)動機整機性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種螺旋管束式結構的高緊湊度換熱 器，布置在發(fā)動機燃燒室外部的環(huán)形通道內(nèi)，在不涉及調整發(fā)動機整機結構和氣動特性的 前提下優(yōu)化航空發(fā)動機冷卻空氣的冷卻品質。本發(fā)明利用航空發(fā)動機自帶燃料作為冷源， 與渦輪冷卻氣體進行換熱，降低渦輪冷卻空氣的溫度，提高冷卻空氣冷卻效率。同時，增強 燃油霧化效果，提高燃燒室燃燒效率，并且由于其焓值的大幅升高，在燃燒室油氣比一定的 前提下可有效的提高燃燒室出口溫度。
[0007] -種適用于航空發(fā)動機的螺旋管式換熱器，包括混合腔和不銹鋼管束；
[0008] 混合腔包括一級混合腔和二級混合腔；
[0009] 一級混合腔包括兩個一字型圓管、兩個Z字形彎管；
[0010] 二級混合腔包括N根圓管；
[0011] 一部分圓管兩端分別聯(lián)通兩個一字型圓管，一字型圓管的一端封閉；
[0012] 另一部分圓管兩端分別聯(lián)通兩個Z字形彎管的上端，Z字形彎管的一端封閉；
[0013] 不銹鋼管束包括若干個不銹鋼管，不銹鋼管為螺旋管，不銹鋼管呈圓環(huán)輻射狀排 列布置組成不銹鋼管束，螺旋管之間的排列為交叉排列；
[0014] 兩部分圓管上下對應，之間通過不銹鋼管連通；
[0015] 燃油通過一字型圓管一端的燃油進口進入，經(jīng)過一級混合腔，進入底部的二級混 合腔，通過不銹鋼管束進入頂部的二級混合腔，然后進入Z字形彎管，通過Z字形彎管一端 的燃油出口排出，高溫空氣從換熱器頂部流向換熱器底部，換熱器對高溫空氣進行降溫。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0017] (1)燃料本身具有很大的吸熱能力，除其自身物理熱沉外，還可以通過其化學反應 吸執(zhí).
[0018] (2)采用本發(fā)明結構參數(shù)設計的換熱器，其換熱效率比普通的民用管束換熱器換 熱效率大幅度提高，并且本發(fā)明結構設計緊湊，完全可以內(nèi)嵌于燃燒室內(nèi)環(huán)，并在總重不超 過15kg的條件下獲得了 IOm2的換熱面積，使得換熱器在航空發(fā)動機的應用變成現(xiàn)實；
[0019] (3)由于本發(fā)明所采用的是螺旋管，其所特有的柔性特征，在航空發(fā)動機實際運行 中可以吸收發(fā)動機自身震動及受迫震動對換熱器結構及焊點造成的損害；
[0020] (4)采用本發(fā)明的換熱器，可以適應航空發(fā)動機環(huán)形腔結構的要求，使發(fā)動機本身 的結構并不需要改變，可在高性能航空發(fā)動機上應用，也可在現(xiàn)有的發(fā)動機上直接應用而 無需改變結構，延長現(xiàn)有發(fā)動機的壽命；
【附圖說明】
[0021] 圖1是美軍用航空煤油JP-8航空煤油的熱沉；
[0022] 圖2是CCA技術系統(tǒng)示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明換熱器在航空發(fā)動機上安裝位置示意圖
[0024] 圖4是本發(fā)