[发明专利]利用气流换热增加推力的尾喷管

说明书

本公开提供一种利用气流换热增加推力的尾喷管，包括外涵喷管、拉瓦尔喷管、内涵喷管、外涵喷管支架和内涵喷管支架；所述内涵喷管、所述内涵喷管支架、所述拉瓦尔喷管、所述外涵喷管支架以及所述外涵喷管沿所述尾喷管的径向依次配置；所述外涵喷管通过所述外涵喷管支架与所述拉瓦尔喷管固定连接；所述内涵喷管通过所述内涵喷管支架与所述拉瓦尔喷管固定连接；所述拉瓦尔喷管为收扩型喷管，所述拉瓦尔喷管与所述外涵喷管构成的流道沿流向呈收缩形状，所述拉瓦尔喷管与所述内涵喷管构成的流道沿流向先收缩后扩张，所述内涵喷管的流道沿流向呈收缩形状。

技术领域

本公开涉及航空发动机尾喷管领域，尤其涉及一种利用气流换热增加推力的尾喷管。

背景技术

一般涡轮喷气发动机或者涡轮风扇发动机的尾喷管都是采用等熵膨胀的原理进行设计，将气体的压力能、热能经过膨胀加速或者简单的内外涵气流掺混转化为气体的动能，高速排出发动机从而获得发动机推力。传统的涡轮喷气发动机排气温度较高，大量的热量并没有被有效利用，即没有把气流的热能转化为发动机的推力或者可以被利用的电能。但是随着工程界对航空发动机向着更经济、更环保等方面的要求的不断提高，采取有效措施，充分利用航空涡轮发动机排气中热能的有效回收利用，不断提高发动机推力很有必要。

基于对高速气动力学的研究发现，低温亚声速气流与高温超声速气流换热会导致气流总压的变化，特别是超声速气流减热会显著增加气流的总压，从而可以提高气流的做功能力。本公开提出一种超声速尾喷管的设计方案，利用高温超声速气流与低温亚声速气流进行换热，即对高温超声速气流减热，对低温亚声速气流加热，并使用热电材料在冷热气流换热温差的条件下发电，进一步增强换热效果，实现气流总压的提高，从而提升气流做功能力，提高发动机推力。

发明内容

针对上述问题，本公开将低温亚声速气流与高温超声速气流换热导致气流总压发生变化这一特征应用于发动机推力的改善，对尾喷管的结构做出了改进和优化，充分利用了气流的热能增加发动机的推力，通过以下技术方案实现：

利用气流换热增加推力的尾喷管，包括外涵喷管、拉瓦尔喷管、内涵喷管、外涵喷管支架和内涵喷管支架；

所述内涵喷管、所述内涵喷管支架、所述拉瓦尔喷管、所述外涵喷管支架以及所述外涵喷管沿所述尾喷管的径向依次配置；

所述外涵喷管通过所述外涵喷管支架与所述拉瓦尔喷管固定连接；

所述内涵喷管通过所述内涵喷管支架与所述拉瓦尔喷管固定连接；

所述拉瓦尔喷管为收扩型喷管，所述拉瓦尔喷管与所述外涵喷管构成的流道沿流向呈收缩形状，所述拉瓦尔喷管与所述内涵喷管构成的流道沿流向先收缩后扩张，所述内涵喷管的流道沿流向呈收缩形状。

进一步地，所述尾喷管还包括外涵整流罩，所述外涵整流罩与所述拉瓦尔喷管的外壁面固定连接，所述外涵整流罩与所述拉瓦尔喷管的外壁面之间具有空隙。

进一步地，所述尾喷管还包括内涵整流罩，所述内涵整流罩与所述内涵喷管的内壁面固定连接，所述内涵整流罩与所述内涵喷管的内壁面之间具有空隙。

进一步地，所述尾喷管还包括热电材料元件，所述热电材料元件将热能转换成电能，所述热电材料元件配置在所述外涵整流罩与所述拉瓦尔喷管的外壁面之间，以及配置在所述内涵整流罩与所述内涵喷管的内壁面之间。

进一步地，所述外涵喷管的壁面上设有第一孔槽，所述拉瓦尔喷管的壁面上设有第二孔槽，所述内涵喷管的壁面上设有第三孔槽，所述外涵整流罩的壁面上设有第四孔槽，所述第一孔槽与所述第四孔槽用于所述热电材料元件的引线的导出，所述第二孔槽与所述第三孔槽用于所述热电材料元件的引线的连接。

进一步地，所述第一孔槽与所述第四孔槽的位置对应所述外涵喷管支架，所述第二孔槽与所述第三孔槽的位置对应所述内涵喷管支架。