[发明专利]压电式发汗冷却板、发动机燃烧室及冷却方法

说明书

本发明公开了压电式发汗冷却板、发动机燃烧室及冷却方法，该压电式发汗冷却板包括：基底，其分为有孔区域和无孔区域，在基底上的有孔区域布满圆台状的微锥孔，各微锥孔均贯通于基底，且微锥孔的小直径端位于内侧面端；压电陶瓷环，为多个，间隔平贴在基底上的无孔区域，且位于外侧面壁面上；各压电陶瓷环的两相对壁面分别与交流电源的正负极相连接。压电陶瓷环用于：在接通交流电源时，压电陶瓷环产生周期性机械振动，带动基底做周期性变形振动，使各微锥孔发生形变。微锥孔用于：在发生形变的过程中，将冷却液挤入燃烧室内。使用该压电式发汗冷却板，解决了疏松多孔发汗冷却介质由于过热产生的流量分配不均的缺点。

技术领域

本发明属于传热和流动技术领域，具体涉及压电式发汗冷却板、发动机燃烧室及冷却方法。

背景技术

发汗冷却技术可视为一种仿生技术,当被冷却表面处于高温环境时,通过“发汗”降低受热面的温度,进而达到热防护的目的。发汗冷却过程中，冷却流体通过外界泵压从压力仓流过多孔壁面，渗入主流中，在被保护壁面形成一层连续分布的膜结构，减弱高温主流向壁面的传热。发汗冷却按照传热结构可以分为多孔发汗冷却和层板发汗冷却。多孔发汗冷却结构简单，但是，当受热面出现局部过热时，会引起该处的局部流阻增加，发汗介质在此处的流强减小，使发汗介质不经过热区而由相通的多孔流道流向别处，继而出现局部过热处的扩大和恶化。层板发汗虽然通过控制流道的结构方法，克服了多孔发汗冷却可能出现的局部过热问题。但是，发汗层板结构工艺复杂，造价较高，且壁厚要求越薄，加工越困难。这些缺陷使得现有的发汗冷却方式在可重复使用运载器等应用场合的应用受到了阻碍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供压电式发汗冷却板、发动机燃烧室及冷却方法，使冷却液摆脱了对流动结构的依赖，解决了疏松多孔发汗冷却介质由于过热产生的流量分配不均的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，压电式发汗冷却板，该压电式发汗冷却板作为火箭发动机燃烧室的内壁，且其与火箭发动机燃烧室的外壁间形成冷却液流通通道；其朝向燃烧室内的一侧为内侧面，朝向冷却液流通通道的一侧为外侧面，包括：

基底，其分为有孔区域和无孔区域，在基底上的有孔区域布满圆台状的微锥孔，各微锥孔均贯通于基底，且微锥孔的小直径端位于内侧面端；

压电陶瓷环，为多个，均为圆环状，间隔平贴在基底上的无孔区域，且位于外侧面壁面上；各压电陶瓷环的两相对壁面分别与交流电源的正负极相连接。

压电陶瓷环用于：在接通交流电源时，压电陶瓷环产生周期性机械振动，带动基底做周期性变形振动，使各微锥孔发生形变。

微锥孔用于：在发生形变的过程中，各将冷却液挤入燃烧室内。

进一步地，各微锥孔的内径为微米量级。

进一步地，该基底采用弹性模量较小的金属板。

进一步地，该有孔区域和无孔区域间隔排布，且有孔区域的面积大于无孔区域的面积。

进一步地，该多个微锥孔均匀排布，横向成排，竖向成列。

本发明还公开了一种具有压电式发汗冷却的发动机燃烧室，使用上述的压电式发汗冷却板，火箭发动机燃烧室为带有夹层的壳体结构，该压电式发汗冷却板作为火箭发动机燃烧室的内壁，，且其与火箭发动机燃烧室的外壁间形成冷却液流通通道；冷却液流通通道的入口端用于与外界压力仓相连接；

压电式发汗冷却板用于：在接通交流电源时，压电式发汗冷却板振动弯曲，冷却液流通通道内的冷却液由各微锥孔流出，至燃烧室内壁面。

本发明还公开了一种基于压电材料的压电式发汗冷却方法，使用上述的压电式发汗冷却板，具体冷却方法如下：