[发明专利]一种低流阻紧凑型预冷器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种低流阻高效紧凑型预冷器结构及其制造方法。该结构包括进气导流盖、进气支承罩、换热管、隔板罩、承力柱、间隔套、支承罩、端面导流盖、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母。根据换热功率、被冷却工质和冷却工质进出口参数等，确定零部件的结构尺寸参数及装配拧紧力矩，在完成零部件制造的基础上，首先进行换热管和支承罩的装配、支承罩和端面导流盖的装配以及承力柱同支承罩和端面导流盖的装配，其次进行隔板罩和间隔套同换热管与承力柱的装配，然后进行进气支承罩同换热管和承力柱的装配，最后进行进气导流盖同进气支承罩、承力柱的装配，形成完整的预冷器结构。该结构具有流阻小、功率密度高、制造难度低、结构可靠等特点。

技术领域

本发明属于预冷动力技术领域，具体涉及一种低流阻高效紧凑型预冷器结构及其制造方法。

背景技术

预冷发动机是借助预冷器及其相关部件和系统通过将空气压气机进口的来流气体进行预先冷却，降低空气压气机进口的气体温度，提高压气机进口气体的质量流量，拓宽压气机的高效工作范围，使发动机能够适应飞行器在高速条件下的动力需求，是空天飞行器动力的重要发展方向之一。

预冷器作为预冷发动机最为核心的部件，对于拓宽发动机工作速域、提高发动机的推重比等性能参数起着十分重要的作用。为满足预冷发动机的工程应用要求，预冷发动机所使用的预冷器需要具有换热功率大、功率密度高、轻量化、高紧凑性、低流阻等特点。预冷器在工作过程中，一侧为高温空气、一侧为低温工质，工作温度梯度大，工作载荷环境复杂，特别是在飞行器高马赫数的飞行条件下，预冷器的工作环境变得尤为严酷，承受着高温、高压来流空气的高速冲击。因此，预冷器不仅要求具有良好的换热性能，而且还要求具有高可靠性，能够保证预冷器高效换热性能的有效发挥。

现有的预冷器普遍采用由微细管膜片换热单元组装而成的环形结构，具体为：首先，按设计尺寸将微细管进行切割并成型为具有渐开线的形状特征；然后，通过焊接工艺将几十根甚至上百根直径相同的微细管与集气管、支板等焊接在一起，形成预冷器的换热膜片单元；最后，将若干个换热膜片单元组装在一起，形成完整的预冷器结构。在现有的预冷器结构中，被冷却空气沿径向方向由外而内进入预冷器，冷却工质则从换热膜片单元的靠近中心一侧的集气管进入预冷器中的微细管内部，并从外侧集气管流出。现有的预冷器结构虽然可以实现高效换热，具有高紧凑、高功率密度等特点，但是由于被冷却空气沿径向方向垂直于轴线进入预冷器并沿轴向流出，预冷器流阻较大；同时，由于需要对微细管进行较为复杂成型工艺和对膜片单元进行焊接并组装，导致预冷器的制造难度大、成本高；此外，预冷器通过多个换热膜片单元上的集气管与外部的冷却工质管路相连，使得预冷器的外围连接管路复杂、密封部位较多、体积和重量较大，而且不利于预冷器的结构可靠性。

针对预冷发动机对预冷器的高效换热、高功率密度、低流阻、高可靠性等要求，需要结合空天动力对预冷器的需求，合理设计预冷器的换热结构、优化被冷却气体和冷却工质的流通路径、简化预冷器的外部连接接口、降低预冷器的制造难度，以实现预冷器的高性能与高可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低流阻紧凑型预冷器及其制造方法，该结构具体由进气导流盖、进气支承罩、换热管、隔板罩、承力柱、间隔套、支承罩、端面导流盖、缝合螺钉、缝合螺母和锁紧螺母组成。根据预冷器换热功率、被冷却工质的进出口温度与压力、冷却工质的进出口温度与压力等参数，确定预冷器组成零部件的结构尺寸参数及螺纹装配拧紧力矩，在完成零部件制造的基础上，首先进行换热管和支承罩的装配、支承罩和端面导流盖的装配以及承力柱同支承罩和端面导流盖的装配，其次进行隔板罩和间隔套同换热管与承力柱的装配，然后进行进气支承罩同换热管和承力柱的装配，最后进行进气导流盖同进气支承罩、承力柱的装配，形成完整的预冷器结构，具有结构紧凑、流阻小、制造难度低等特点。