一种飞行器梯级喷雾冷却系统的制作方法

本发明涉及飞行器热管理，具体而言，涉及一种飞行器梯级喷雾冷却系统。

背景技术：

1、随着飞行器飞行速度的逐渐提高，冲压空气摩擦飞行器的表面会产生热量（即气动加热），导致冲压空气的温度升高。升温后的冲压空气难以对飞行器在高速飞行时的发热部件进行有效散热，影响飞行器的正常飞行工作。而使用具有在发生气液相变时可以吸收大量热量的特点的冷却介质进行喷雾冷却，例如液氮、液氢和水等，是解决飞行器在较高飞行速度下散热难题的有效方法之一。

2、但是，在喷雾冷却系统中使用冷却介质进行喷雾冷却普遍存在冷却介质使用浪费的情况。一方面，先喷射到发热部件表面的冷却介质由于吸收大量热量产生相变而迅速气化，若气化的冷却介质未及时离开发热部件表面，会阻隔后续喷射出的冷却介质与发热部件进行热量交换，从而导致冷却介质的消耗量增加。另一方面，喷射雾化后的冷却介质通常与发热部件完成热量交换后，温度较低的冷却介质仍会直接排出系统外部，未能充分发挥冷却介质的冷却效果，间接造成了冷却介质的使用浪费。综上，两方面的问题导致了冷却介质未能进行高效利用。

技术实现思路

1、为解决如何实现飞行器上冷却介质的高效利用的问题，本发明提供了一种飞行器梯级喷雾冷却系统，包括：

2、供液装置，所述供液装置用于存储和供给冷却介质；

3、冷却装置，所述冷却装置包括第一冷却组件、第二冷却组件；所述供液装置、所述第一冷却组件、所述第二冷却组件依次连通；流经所述第一冷却组件的冷却介质以液体状态进入第二冷却组件中；

4、所述第二冷却组件包括外壳单元、冷却单元、发热单元；所述外壳单元包括壳体、进液口、出气口；所述进液口穿透所述壳体的一侧壁；所述出气口穿透所述壳体的一侧壁；所述出气口所在的侧壁邻近所述进液口所在的侧壁；所述冷却单元和所述发热单元设置在所述壳体的内部腔室；所述冷却单元包括换热芯体、喷头、第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板、导流孔；所述第一隔板的周侧与所述壳体远离所述进液口的周侧壁固定连接；所述换热芯体的一端与所述壳体靠近所述进液口的周侧壁固定连接，另一端朝远离所述进液口的方向延伸至与所述第一隔板固定连接；所述第二隔板与所述换热芯体靠近所述出气口的一侧固定连接；所述第三隔板与所述换热芯体上相邻所述第二隔板的一侧固定连接；所述第四隔板与所述换热芯体上相邻所述第二隔板的另一侧固定连接；所述第一隔板、所述换热芯体的外侧壁、所述第二隔板、所述第三隔板、所述第四隔板、所述壳体的内周侧壁围合形成回流腔；所述第一隔板与所述壳体远离所述进液口的内周壁围合形成冷却腔；所述喷头间隔设置在所述第一隔板上；所述导流孔间隔设置在所述第一隔板上；所述发热单元与所述壳体相对于所述喷头喷射方向上的侧壁可拆卸连接；所述换热芯体包括第一通道、第二通道、弧面体；所述弧面体的一侧壁围成所述第一通道，另一侧壁围成所述第二通道；所述第一通道的一端与所述进液口连通，另一端朝靠近所述第一隔板的方向延伸，分叉形成的多个独立通道口与所述第一隔板上的多个所述喷头一对一连通；所述第一通道通过所述喷头与所述冷却腔连通；所述第二通道一端设置多个独立通道口与所述第一隔板上的多个所述导流孔一对一连通，另一端朝远离所述第一隔板的方向延伸，聚合形成一个环形通道口；所述第三隔板、所述第四隔板靠近所述进液口且远离所述出气口的一端分别设置开口与所述第二通道连通；所述回流腔的一端与所述出气口连通，另一端通过所述第二通道和所述导流孔与所述冷却腔连通。

5、在一些实施例中，所述弧面体包容的一曲面模型由隐函数表达式生成，所述隐函数表达式如下：

6、cos(a*x)+cos(b*y)+cos(c*z)=0，其中，x∈[-15，15]；y∈[-15，15]；z∈[-15，15]；a≥0，b≥0，c≥0，且a、b、c中同时有且只有一个取0。

7、在一些实施例中，所述第一通道的内壁面与所述第二通道的内壁面之间的间隔距离为1mm-3mm。

8、在一些实施例中，所述第一隔板上靠近所述出气口一端的所述导流孔的横截面积小于所述第一隔板上远离所述出气口一端的所述导流孔的横截面积。

9、在一些实施例中，所述第一隔板上靠近所述出气口一端的所述喷头喷出口的横截面积大于所述第一隔板上远离所述出气口一端的所述喷头喷出口的横截面积。

10、在一些实施例中，所述进液口的横截面积从其远离所述第一隔板的一端朝另一端逐渐增大。

11、在一些实施例中，所述发热单元包括第一热源、第二热源；所述第一热源设置在所述壳体相对于所述喷头喷射方向上的侧壁靠近所述出气口的一端；所述第二热源设置在所述壳体相对于所述喷头喷射方向上的侧壁远离所述出气口的一端；所述第一热源的散热需求小于所述第二热源的散热需求。

12、在一些实施例中，所述冷却装置还包括第三冷却组件；所述第三冷却组件与所述第二冷却组件连通；所述第三冷却组件包括换热单元、风扇；所述风扇的一端与所述出气口连通，另一端与所述换热单元连通；所述换热单元包括分流模块、第一换热器、第二换热器；所述分流模块包括风箱体、第一进口、第一出口、第二出口、分流隔板、固定隔板、第一腔室、第二腔室；所述风箱体的一端与所述第一进口连接，另一端分别与所述第一出口、所述第二出口连接；所述风扇通过所述第一进口与所述风箱体连通；所述风箱体内部形成中空腔室；所述固定隔板的一端与所述风箱体远离所述第一进口的内侧壁固定连接，另一端沿所述风箱体中空腔室的中心轴线朝靠近所述第一进口的方向延伸；所述固定隔板靠近所述第一进口的一端与所述第一进口间隔设置；所述固定隔板的一侧面与所述风箱体的内周壁围合形成第一腔室，另一侧面与所述风箱体的内周壁围合形成第二腔室；所述分流隔板的一端与所述固定隔板靠近所述第一进口的一端活动连接，另一端朝靠近所述第一进口的方向延伸；所述分流隔板靠近所述第一进口的一端与所述第一进口间隔设置；所述第一换热器通过所述第一出口与所述第一腔室连通；所述第二换热器通过所述第二出口与所述第二腔室连通。

13、在一些实施例中，所述冷却装置还包括第四冷却组件；所述第四冷却组件包括三通管、第三换热器；所述三通管一端设置两个入口，另一端设置一个出口；所述三通管的两个入口分别与所述第一换热器、所述第二换热器连通；所述三通管的出口与所述第三换热器连通。

14、在一些实施例中，所述供液装置包括储液罐、液体泵；所述液体泵的一端与所述储液罐连通，另一端与所述第一冷却组件连通。

15、为解决如何实现飞行器上冷却介质的高效利用的问题，本发明有以下优点：

16、1、通过设置第一冷却组件和第二冷却组件连通，使得供液装置供给的冷却介质在进入第一冷却组件完成热量交换后（此时冷却介质的温度仍然较低），液态的冷却介质可以流入第二冷却组件中继续进行冷却工作，从而可以实现冷却介质的梯级利用，减少冷却介质的使用浪费。同时，确保流入第二冷却组件的冷却介质为液态，便于冷却介质在第二冷却组件中发生相变换热。

17、2、冷却介质从第二冷却组件的进液口流入换热芯体的第一通道中进行分流，换热芯体内部的树杈状通道可以有效减小冷却介质的流阻，使得冷却介质可以顺畅的分流。分流后的冷却介质可以流入喷头并喷射至发热单元的表面进行换热，冷却介质吸收热量导致温度达到相变温度而发生相变成气态，从而迅速降低发热单元的温度，提高换热效率。气态的冷却介质从冷却腔流经导流孔和第二通道进入回流腔。在第二通道中的气态冷却介质可以与第一通道中的液态冷却介质进行二次换热，在回流腔中的气态冷却介质也可以与换热芯体外周侧的第一通道中的液态冷却介质进行换热，使得第一通道中的液态冷却介质温度上升，使得喷射的冷却介质更容易达到相变温度，提高冷却介质的相变率，同时，可以避免喷射的冷却介质温度过低而损伤发热单元。