теплообменное панельное устройство (варианты) и стенка для двигательной установки (варианты)

Формула изобретения

1. Теплообменное панельное устройство, содержащее первую панель, вторую панель и защитный кожух с текучей средой, размещенный между названными первой и второй панелями, отличающееся тем, что защитный кожух размещен свободным от крепления к первой и второй панелям.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что названные первая и вторая панели выполнены из жаропрочного композиционного материала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что названные первая и вторая панели выполнены из углерод-углеродного композиционного материала или углерод-карборундового композиционного материала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит, по крайней мере, один крепежный элемент из композиционного материала, посредством которого названная первая панель соединена с названной второй панелью и посредством которого устройство закреплено на опорном приспособлении.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый названный крепежный элемент из композиционного материала снабжен стержнем, выполненным из композиционного материала и содержащим первый канал, металлической втулкой, содержащей отверстие, в которое установлена часть названного стержня, и второй канал, расположенный перпендикулярно названному отверстию, и стопорным штифтом, установленным в названных первом и втором каналах, посредством которого названный стержень соединен с названной металлической втулкой.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный кожух с текучей средой имеет поверхность, соответствующую внутренним поверхностям первой и второй панелей.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что названный защитный кожух с текучей средой содержит группу трубок, а каждая названная внутренняя поверхность выполнена в виде группы дугообразных частей.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что названный защитный кожух с текучей средой состоит из двух соединенных металлических листов, конфигурация которых образует каналы текучей среды, а каждая названная внутренняя поверхность имеет группу дугообразных частей, разделенных плоскими частями.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что названный защитный кожух с текучей средой содержит металлический теплообменник с плоскими листами на лицевой стороне, а каждая названная внутренняя поверхность выполнена в виде плоской поверхности.

10. Теплообменное панельное устройство, содержащее первую панель, вторую панель и защитный кожух с текучей средой, размещенный между названными первой и второй панелями, отличающееся тем, что первая и вторая панели выполнены из жаропрочного композиционного материала.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно содержит, по крайней мере, один крепежный элемент из композиционного материала, посредством которого названная первая панель соединена с названной второй панелью.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что жаропрочный композиционный материал для изготовления названных первой и второй панелей выбирают из группы, включающей в себя углерод-углеродный композиционный материал и углерод-карборундовый композиционный материал.

13. Стенка для двигательной установки, отличающаяся тем, что она содержит, по крайней мере, одно теплообменное панельное устройство, состоящее из наружной и внутренней панелей, выполненных из жаропрочного композиционного материала, и защитный кожух с охлаждающей средой, размещенный между названными наружной и внутренней панелями.

14. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что она содержит опорное приспособление и, по крайней мере, один крепежный элемент из композиционного материала, посредством которого названная наружная и внутренняя панели соединены с названным опорным приспособлением, при этом каждый крепежный элемент выполнен из композиционного материала, а названный защитный кожух с охлаждающей средой установлен свободно от крепления к названным наружной и внутренней панелям.

15. Стенка по п.14, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один названный крепежный элемент снабжен стержнем, выполненным из неметаллического материала и имеющим первый канал, металлической втулкой, имеющей отверстие, в которое установлена концевая часть названного стержня, и второй канал, расположенный под углом к названному отверстию, и стопорным штифтом, установленным в названных первом и втором каналах, при этом названный стержень закреплен в названной металлической втулке посредством названного стопорного штифта.

16. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит группу теплообменных панельных устройств, расположенных вдоль продольной оси названной стенки, направляющую кромку, выполненную из композиционного материала, и средство впрыска топлива в пространство, ограниченное названной стенкой.

17. Стенка по п.16, отличающаяся тем, что названное средство впрыска топлива содержит группу распыляющих форсунок.

18. Стенка по п.17, отличающаяся тем, что названная наружная панель имеет наружную поверхность, в которой выполнена группа отверстий, а каждая из названных распылительных форсунок установлена проходящей сквозь отверстие названной группы и выступающей над названной наружной поверхностью.

19. Стенка по п.17, отличающаяся тем, что названная наружная панель имеет наружную поверхность, в которой выполнена группа отверстий, а каждая из названных распылительных форсунок установлена проходящей вдоль одного из названных отверстий и заподлицо с названной наружной поверхностью.

20. Стенка по п.17, отличающаяся тем, что названная наружная панель имеет наружную поверхность, в которой выполнена группа отверстий, а каждая из названных распылительных форсунок установлена проходящей вдоль одного из названных отверстий до точки ниже уровня названной наружной поверхности.

21. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что названные наружные и внутренние панели расположены от точки в области направляющей кромки названной стенки до точки в области замыкающей кромки названной стенки, а названный защитный кожух с охлаждающей средой содержит группу трубчатых каналов, расположенных параллельно продольной оси названной стенки.

22. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит внутреннюю панель, расположенную от точки в области направляющей кромки названной стенки до точки в области замыкающей кромки названной стенки, и наружную панель, состоящую из группы соосно расположенных панелей.

23. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что названная внутренняя панель образована из группы разделительных элементов, а названный защитный кожух с охлаждающей средой содержит группу трубчатых каналов, отделенных друг от друга названными разделительными элементами.

24. Стенка по п.13, отличающаяся тем, что названная двигательная установка является воздушно-реактивным двигателем сверхзвукового самолета или ракетным двигателем .

25. Стенка для воздушно-реактивной двигательной установки, отличающаяся тем, что она содержит опорное приспособление, по крайней мере, один теплообменник, имеющий наружную панель из композиционного материала и защитный кожух с охлаждающей средой, ограниченный названной наружной панелью, и средство крепления названной наружной панели к названному опорному приспособлению.

26. Стенка по п.25, отличающаяся тем, что названный защитный кожух с охлаждающей средой содержит группу трубчатых каналов, а названный теплообменник дополнительно содержит группу разделительных элементов, расположенных между названными трубчатыми каналами, причем названный композиционный материал выбирают из группы, включающей в себя углерод-углеродный композиционный материал и углерод-карборундовый композиционный материал.

27. Стенка по п.25, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит средство впрыска топлива в пространство, ограниченное названной стенкой.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к новым теплообменным панельным устройствам, в особенности, применяемым для работы при высоких температурах, например, в воздушно-реактивных и ракетных двигателях.

Правительство США обладает правами на настоящее изобретение в соответствии с контрактом № NAS3-00177, заключенным НАСА.

Уровень техники

Один из способов изготовления жаропрочных теплообменников из композиционных материалов включает в себя компактирование или объединение композиционного материала с высокими характеристиками жаропрочности и контура из металлических трубок с циркулирующей охлаждающей средой в монолитную конструкцию. Способ требовал использования дорогостоящих трубок из металла высокой плотности (тяжелого металла), извлечь которые для осмотра либо ремонта не представлялось возможным. В итоге, теплообменники старого типа отличаются большим весом, высокой стоимостью, сложностью осмотра, а также практически отсутствует возможность проведения техобслуживания таких устройств.

В публикации SU 887313 описывается теплообменное панельное устройство. В теплообменных панелях кожухи с текучей средой размещаются между первой и второй панелями в виде опорных планок. При этом указанные панели неразъемно закреплены относительно друг друга, конструкция устройства в целом остается довольно сложной, а трубы теплообменной панели выполнены из полимерной композиции, не обладающей жаропрочностью.

В патенте RU 2133863 описывается воздушно-реактивная двигательная установка, имеющая стенку особой конструкции для решения поставленных в этом патенте задач, в частности, для упрощения конструкции двигательной установки, но не содержащая теплообменных панельных устройств.

Сущность изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является изготовление более легких по весу и менее сложных и дорогостоящих теплообменных панельных устройств.

Также целью настоящего изобретения является изготовление вышеуказанных теплообменных панельных устройств с высокими характеристиками жаропрочности.

Кроме этого, целью настоящего изобретения является изготовление вышеуказанных теплообменных панельных устройств, осмотр и ремонт которых не отличались бы сложностью.

Целью настоящего изобретения является также изготовление вышеуказанных теплообменных панельных устройств для использования в воздушно-реактивных и ракетных двигательных установках.

Достижение вышеуказанных целей обеспечивается при помощи теплообменных панельных устройств в соответствии с настоящим изобретением.

Согласно данному изобретению предлагается теплообменное панельное устройство, выполненное с возможностью использования при высоких температурах. В общем случае, теплообменное панельное устройство состоит из первой панели, второй панели и защитного кожуха с текучей средой, размещенного между названными первой и второй панелями, причем защитный кожух размещен свободным от крепления к первой и второй панелям

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения названные первая и вторая панели выполнены из жаропрочного композиционного материала, из углерод-углеродного композиционного материала или углерод-карборундового композиционного материала, кроме того, устройство содержит, по крайней мере, один крепежный элемент из композиционного материала, посредством которого названная первая панель соединена с названной второй панелью и посредством которого устройство закреплено на опорном приспособлении.

Также, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения каждый названный крепежный элемент из композиционного материала снабжен стержнем, выполненным из композиционного материала и содержащим первый канал, металлической втулкой, содержащей отверстие, в которое установлена часть названного стержня, и второй канал, расположенный перпендикулярно к названному отверстию, и стопорным штифтом, установленным в названных первом и втором каналах, посредством которого названный стержень соединен с названной металлической втулкой.

Кроме того, защитный кожух с текучей средой имеет поверхность, соответствующую внутренним поверхностям первой и второй панелей, а также содержит группу трубок, причем каждая названная внутренняя поверхность выполнена в виде группы дугообразных частей. Защитный кожух с текучей средой состоит из двух соединенных металлических листов, конфигурация которых образует каналы текучей среды, а каждая названная внутренняя поверхность имеет группу дугообразных частей, разделенных плоскими частями.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения названный защитный кожух с текучей средой содержит металлический теплообменник с плоскими листами на лицевой стороне, а каждая названная внутренняя поверхность выполнена в виде плоской поверхности.

Согласно изобретению теплообменное панельное устройство содержит первую панель, вторую панель и защитный кожух с текучей средой, размещенный между названными первой и второй панелями, причем первая и вторая панели выполнены из жаропрочного композиционного материала.

Кроме того, устройство содержит, по крайней мере, один крепежный элемент из композиционного материала, посредством которого названная первая панель соединена с названной второй панелью. Жаропрочный композиционный материал для изготовления названных первой и второй панелей выбирают из группы, включающей в себя углерод-углеродный композиционный материал и углерод-карборундовый композиционный материал.

Согласно изобретению стенка для двигательной установки содержит, по крайней мере, одно теплообменное панельное устройство, состоящее из наружной и внутренней панелей, выполненных из жаропрочного композиционного материала, и защитный кожух с охлаждающей средой, размещенный между названными наружной и внутренней панелями, а также опорное приспособление и, по крайней мере, один крепежный элемент из композиционного материала, посредством которого названная наружная и внутренняя панели соединены с названным опорным приспособлением, при этом каждый крепежный элемент выполнен из композиционного материала, а названный защитный кожух с охлаждающей средой установлен свободно от крепления к названным наружной и внутренней панелям.

Кроме того, по крайней мере, один названный крепежный элемент снабжен стержнем, выполненным из неметаллического материала и имеющим первый канал, металлической втулкой, имеющей отверстие, в которое установлена концевая часть названного стержня, и второй канал, расположенный под углом к названному отверстию, и стопорным штифтом, установленным в названных первом и втором каналах, при этом названный стержень закреплен в названной металлической втулке посредством названного стопорного штифта.

Согласно изобретению стенка для двигательной установки дополнительно содержит группу теплообменных панельных устройств, расположенных вдоль продольной оси названной стенки, направляющую кромку, выполненную из композиционного материала, и средство впрыска топлива в пространство, ограниченное названной стенкой, причем средство впрыска топлива содержит группу распыляющих форсунок.

Названная наружная панель имеет наружную поверхность, в которой выполнена группа отверстий, а каждая из названных распылительных форсунок установлена проходящей сквозь отверстие названной группы и выступающей над названной наружной поверхностью, а также наружная панель имеет наружную поверхность, в которой выполнена группа отверстий, а каждая из названных распылительных форсунок установлена проходящей вдоль одного из названных отверстий и заподлицо с названной наружной поверхностью.

Наружная панель имеет наружную поверхность, в которой выполнена группа отверстий, а каждая из названных распылительных форсунок установлена проходящей вдоль одного из названных отверстий до точки ниже уровня названной наружной поверхности, наружные и внутренние панели расположены от точки в области направляющей кромки названной стенки до точки в области замыкающей кромки названной стенки, а названный защитный кожух с охлаждающей средой содержит группу трубчатых каналов, расположенных параллельно продольной оси названной стенки.

В другом предпочтительном варианте изготовления стенка дополнительно содержит внутреннюю панель, расположенную от точки в области направляющей кромки названной стенки до точки в области замыкающей кромки названной стенки, и наружную панель, состоящую из группы соосно расположенных панелей, кроме того, названная внутренняя панель образована из группы разделительных элементов, а названный защитный кожух с охлаждающей средой содержит группу трубчатых каналов, отделенных друг от друга названными разделительными элементами.

Согласно изобретению названная двигательная установка является воздушно-реактивным двигателем сверхзвукового самолета или ракетным двигателем.

Стенка для воздушно-реактивной двигательной установки содержит опорное приспособление, по крайней мере, один теплообменник, имеющий наружную панель из композиционного материала и защитный кожух с охлаждающей средой, ограниченный названной наружной панелью, и средство крепления названной наружной панели к названному опорному приспособлению, причем названный защитный кожух с охлаждающей средой содержит группу трубчатых каналов, а названный теплообменник дополнительно содержит группу разделительных элементов, расположенных между названными трубчатыми каналами, причем названный композиционный материал выбирают из группы, включающей в себя углерод-углеродный композиционный материал и углерод-карборундовый композиционный материал. Стенка дополнительно содержит средство впрыска топлива в пространство, ограниченное названной стенкой.

Прочие особенности теплообменного панельного устройства в соответствии с настоящим изобретением, а также прочие цели и преимущества присущие изделию, изложены ниже в подробном описании и на прилагаемых чертежах, где одинаковые элементы обозначены одинаковыми цифрами.

Перечень чертежей

На Фиг.1 представлено аксонометрическое изображение теплообменного панельного устройства (теплообменной панели) в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.2 представлен вид поперечного сечения фрагмента теплообменного панельного устройства изображенного на Фиг.1, где показан крепежный элемент для присоединения устройства к опорному приспособлению.

На Фиг.3 представлен покомпонентный вид крепежного элемента, используемого в конструкции теплообменного панельного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.4 представлен вид с торца альтернативного теплообменного панельного устройства в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.5 представлен вид с торца теплообменного панельного устройства в соответствии с вариантом, предусматривающим наличие механически обработанного металлического узла, образующего защитный кожух с охлаждающей текучей средой.

На Фиг.6 представлен покомпонентный вид стенки двигательной установки, обшитой теплообменными панелями в соответствии с настоящим изобретением.

На Фиг.7 представлен вид поперечного сечения фрагмента стенки изображенной на Фиг.6.

На Фиг.8 представлен вид поперечного сечения фрагмента панели стенки камеры сгорания с системой впрыска топлива через стенку.

На Фиг.9 представлено аксонометрическое изображение фрагмента панели камеры сгорания с альтернативной системой впрыска топлива.

На Фиг.10 представлен вид поперечного сечения иного варианта выполнения панели камеры сгорания с системой впрыска топлива.

На Фиг.11 представлено аксонометрическое изображение фрагмента панели с разделительными элементами для размещения системы с текучей средой.

На Фиг.12 представлено аксонометрическое изображение фрагмента панели, изображенной на Фиг.10, с разделительными элементами для размещения системы с текучей средой.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Согласно чертежам на Фиг.1 и Фиг.2 представлено теплообменное панельное устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением. Теплообменное панельное устройство 10 состоит из первой панели 12 и второй панели 14, а также содержит защитный кожух 16 с текучей средой, размещенный в качестве промежуточного слоя между первой панелью 12 и второй панелью 14. Защитный кожух 16 с текучей средой может быть изготовлен из любого подходящего металлического или неметаллического материала известного из уровня техники, такого как композиционный материал. В соответствии с настоящим изобретением, защитный кожух 16 с текучей средой никак не крепится ни к панели 12, ни к панели 14. Данный элемент, подобно прослойке, просто заключен между панелями 12 и 14 с образованием "сандвич-структуры".

Теплообменное панельное устройство 10 дополнительно содержит один или более крепежных элементов (деталей) 18, посредством которых соединяют первую и вторую панели 12 и 14 вместе и/или закрепляют теплообменное панельное устройство 10 на опорном приспособлении 20, таком как несущая нагрузку конструкция. Будучи соединенными друг с другом подобным образом, панели 12 и 14 удерживают на месте защитный кожух 16 с текучей средой.

Для обеспечения работоспособности теплообменного панельного устройства 10 в условиях высоких температур, к примеру при работе в качестве элемента стенки воздушно-реактивного или ракетного двигателя, каждую из панелей 12 и 14 изготавливают из легкого жаропрочного композиционного материала с высокой теплопроводностью, предпочтительно из неметаллического композиционного материала. К группе жаропрочных материалов с высокой теплопроводностью, пригодных для изготовления панелей 12 и 14, можно отнести жаропрочные углерод-углеродные и углерод-карборундовые композиционные материалы, хотя данная группа ими не ограничивается. Предпочтение углерод-карборундовым композитам отдается лишь с случаях, когда температура воздействующая на панель(и) не превышает 1650°С (3000°F). В соответствии с настоящим изобретением, каждая из панелей 12 и 14 может быть выполнена из монолитного листового материала. Преимущество листового материала заключается в том, что в процессе его производства можно обойтись без дорогостоящей механической обработки и значительных трудозатрат. Еще одним преимуществом вышеупомянутых композиционных материалов является возможность повышения их плотности (компактирования) до по крайней мере 75-80% плотности любыми способами известными из уровня техники, и простота нанесения на них покрытия препятствующего окислению. Процесс уплотнения, а также нанесение покрытия может выполняться до установки защитного кожуха 16 с текучей средой.

Для размещения и установки защитного кожуха 16 с текучей средой, внутренняя поверхность 24 каждой панели 12 и 14 выполнена в виде или снабжена фасонной внутренней поверхностью (фасонной поверхностью) 25, соответствующей поверхности названного защитного кожуха с текучей средой, для чего она

спрофилирована по форме наружной поверхности защитного кожуха 16 с текучей средой. Например, вариант реализации изобретения по Фиг.1 предусматривает наличие в составе защитного кожуха 16 с текучей средой группы параллельных каналов или трубок 26 текучей среды (далее - трубки), сообщающихся с впускным и выпускным коллекторами (не показаны). В данном варианте, фасонная поверхность 25 состоит из группы дугообразных частей, либо канавок, совпадающих по профилю с формой внутренней поверхности 24 и с наружной формой трубок 26.

Наличие соответствующей фасонной поверхности на каждой внутренней поверхности 24 панелей 12 и 14 является предпочтительным, но следует иметь в виду возможность создания теплообменного панельного устройства, у которого внутренняя поверхность 24 панели 12 оснащена фасонной поверхностью 25, в то время как внутренняя поверхность 24 панели 14 имеет плоскую или ровную форму.

И если сечение трубок 26 представляет собой окружность, то следует понимать, что данные трубки могут иметь и иные формы поперечного сечения. Когда же используются трубки с формой поперечного сечения, отличной от окружности, то фасонную(ые) поверхность(и) профилируют под конкретную форму трубок 26.

В варианте реализации на Фиг.4, защитный кожух 16 с текучей средой может состоять из пары металлических листов 28, скрепленных на стыках пайкой или сваркой, причем каналы текучей среды образуются за счет формы листов. Эти каналы, как и прежде, могут сообщаться с впускным и выпускным коллекторами (не показаны). В данном варианте, фасонные поверхности 25 на панелях 12 и 14 имеют группу дугообразных частей, которые чередуются с плоскими частями 30 для соответствия листам 28.

Еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения является случай, когда защитным кожухом 16 с текучей средой является теплообменник из металла 32 (Фиг.5), обшитый с лицевой стороны тонким металлическим листом для максимального снижения веса. В данном варианте, каналы для текучей среды в металлическом теплообменнике 32 могут сообщаться с впускным и выпускным коллекторами (не показаны), выполненными как единое целое с конструкцией. В подобном случае, фасонная поверхность 25 представляет собой плоскую внутреннюю поверхность каждой панели 12 и 14, поскольку здесь нет необходимости в трубчатом контуре для пропускания текучей среды.

В целях снижения трудозатрат, панели 12 и 14 из композиционного материала, используемые в составе теплообменного панельного устройства 10, могут изготавливаться с переплетением волокон. А фасонные поверхности 25, которые нельзя получить при компактировании в форме, но которые необходимы для удержания защитного кожуха 16 с текучей средой, могут туда вплетаться, исключая тем самым операции механообработки и подрезки волокна. Если тут важна проблема теплопроводности, то можно прибегнуть к двумерному формованию слоистого композиционного материала для снижения теплопроводности в направлении толщины панели.

Если же теплопроводность в направлении толщины панели должна быть высокой, то в композиционном материале панелей 12 и 14 может быть использовано связующее волокно с отвердением при нагреве после пространственного переплетения волокон для получения максимально высокой теплопроводности, допускающее дальнейшее переплетение.

Как упоминалось ранее, панели 12 и 14 соединяются друг с другом при помощи одного или более крепежных элементов 18. Предпочтительными являются те крепежные элементы 18, которые изготовлены из жаропрочного композиционного материала. Пригодные для такой цели крепежные элементы из композиционного материала раскрыты в патентах США №6042315 и 6045310, выданных Миллеру с соавт., включенных в данное описание для ссылки. Как следует из Фиг.3, у каждого их крепежных элементов 18 имеется утолщенный оголовок 40 и стержень 42 крепежного элемента прямоугольного или квадратного поперечного сечения. Стержень 42 крепежного элемента вводится в прямоугольное или квадратное отверстие 44 под концевую часть названного стержня, выполненное в металлической втулке 46. Стержень 42 имеет отверстие (первый канал) 51. Снаружи металлической втулки 46 имеется резьба 48 и она также имеет отверстие (второй канал) 50 под стопорный штифт 52, расположенное перпендикулярно или под углом к названному отверстию во втулке. Стопорный штифт 52 вставляется в отверстие 51 в стержне 42 крепежного элемента через отверстие 50, обеспечивая тем самым крепление втулки 46 со стержнем 42 крепежного элемента 18.

На Фиг.2 можно видеть, что в панели 12 имеется отверстие 54 для утапливания оголовка 40 крепежного элемента 18, как потайной головки. В панелях 12 и 14, а также в подложке (основной конструкции) или опорном приспособлении 20, имеются соответствующие отверстия 56 под стержень 42 крепежного элемента 18. Для фиксации крепежного элемента 18 по месту и скрепления тем самым панелей 12 и 14 с опорным приспособлением 20 на втулку 46 по резьбе навертывается гайка 58. Благодаря наличию крепежных элементов 18 из композиционного материала, теплообменное панельное устройство 10 можно периодически разбирать для осмотра и техобслуживания с последующей сборкой, причем полное либо частичное отделение защитного кожуха 16 с текучей средой сложности при этом не представляет.

Защитные кожухи 16 с текучей средой, описываемые здесь, можно использовать для пропускания по их каналам охлаждающей текучей среды. Или же, в особых случаях, данные устройства служат для нагрева или подогрева текучей среды, например топлива подаваемого в отсек двигательной установки.

Как следует из вышеприведенного описания, защитный кожух с текучей средой совместно с соответствующей системой подводящих магистралей заключен между двумя составными элементами теплообменного панельного устройства в соответствии с настоящим изобретением, причем они выполнены из недорогих композиционных материалов по рентабельным технологиям производства. Толщина материала теплообменного панельного устройства 10, может быть минимальной, поскольку оно и, в частности, защитный кожух 16 с текучей средой, предназначены быть лишь емкостью для текучей среды/хладагента. Вес защитного кожуха 16 с текучей средой составляет лишь незначительную долю в общем весе теплообменного панельного устройства 10. Для улучшения теплопроводности, участки имеющие пустоты заполняются тонкой теплопроводящей фольгой или пастами. Эта особенность, наряду с термическим расширением и давлением потока текучей среды, призвана обеспечить хорошую передачу тепла от композита к текучей среде/хладагенту. Одно из преимуществ теплообменного панельного устройства, в соответствии с настоящим изобретением, состоит в том, что при воздействии температуры и/или давления на панели 12 и 14 они будут конформно прилегать к контуру охлаждающей среды из композиционного материала, обеспечивая тем самым хорошую теплопередачу.

Теплообменное панельное устройство 10, в соответствии с настоящим изобретением, применимо для большого числа воздушно-реактивных двигательных установок (ВРД), таких как турбореактивные двигатели, прямоточные ВРД, в частности ВРД для сверхзвуковой авиации, раскрытых в патенте США №5333445, который включен в данное описание для ссылки. Целый ряд узлов воздушно-реактивных двигателей подвержен действию чрезвычайно высоких температур и поэтому нуждается в охлаждении. К таким узлам относятся стенка капота и боковые стенки ВРД. Также теплообменное панельное устройства 10 может быть использовано в ракетном двигателе. На Фиг.6 и 7 показан один из способов обшивки стенки 80, такой как стенка капота двигателя, панелями теплообменного панельного устройства 10 в соответствии с настоящим изобретением.

Из чертежей следует, что стенка 80, такая как стенка капота, может иметь направляющую кромку 82, впускную секцию 84, секцию камеры сгорания 86 и секцию сопла 88. Направляющая кромка 82 может быть изготовлена из любого пригодного жаропрочного композиционного материала, известного из уровня техники, предпочтительно из неметаллического композиционного материала. А каждая из секций 84, 86, и 88 может быть образована из панелей теплообменного панельного устройства в соответствии с настоящим изобретением. Например, каждая из секций 84, 86, и 88 может иметь первую или горячую (наружную) панель 90, выполненную из жаропрочного композиционного материала с высокой теплопроводностью, формирующего горячий участок стенки, вторую или охлаждаемую (внутреннюю) панель 92, выполненную из композиционного материала и образующую охлаждаемую стенку второй ступени, и систему 94 охлаждения, содержащую группу трубок или каналов 96 текучей среды (охлаждающей среды), проходящих между впускным трубопроводом охлаждающей среды (не показан) и выпускным трубопроводом (не показан). Из Фиг.6 следует, что трубки или каналы 96 текучей среды тянутся параллельно продольной оси стенки 80. Первый трубопровод может сообщаться с впускными трубками 98 подачи охлаждающей среды в систему трубок или каналов 96. Второй трубопровод может сообщаться с выпускными трубами 100, по которым осуществляется отведение нагретой охлаждающей среды из трубок или каналов 96. Нагретая охлаждающая среда может пропускаться через теплообменник (не показан) с целью охлаждения перед повторным использованием.

Панели 90 и 92 изготавливаются вышеуказанным способом и могут оснащаться соответствующими фасонными поверхностями для расположения на них трубок 96 системы 94 охлаждения. Каждая из панелей 90 и 92 может быть изготовлена из композиционного материала, выбранного из группы, содержащей углерод-углеродный композиционный материал и углерод-карборундовый композиционный материал. Скрепление панелей 90 и 92 друг с другом, а также их посадка на подложку или опорное приспособление 102 может осуществляться при помощи крепежных элементов 18 в соответствии с вышеуказанным способом. Опорное приспособление 102 может быть выполнено из любого пригодного металлического или неметаллического композиционного материала, известного из уровня техники. Обычно в качестве опорного приспособления используется пустотелая металлоконструкция.

Секция 86 камеры сгорания также может быть использована для распределения охлажденного топлива по объему, ограниченному стенкой 80 ВРД. Со стороны этого участка, секция 86 камеры сгорания может быть оснащена одной или более трубками 104 подачи топлива, каждая из которых соединена с трубопроводом 106, проходящим поперек оси стенки 80. Как следует из Фиг.8 и 9, каждый трубопровод может находиться внутри опорного приспособления и может сообщаться с группой форсунок 108, предназначенных для впрыскивания нагретого топлива в двигатель и представляющих собой средство впрыска топлива в пространство, ограниченное названной стенкой. Как следует из Фиг.8, распылительные форсунки 108 могут заканчиваться на одном уровне (заподлицо) с поверхностью 110 или в относительной близости отданной поверхности 110 (до точки ниже уровня этой поверхности), например, менее чем на 0,25 мм ниже поверхности 110 горячей панели 90 секции 86 камеры сгорания. В ином случае, как следует из Фиг.9, форсунки распыления топлива 108 могут проходить через горячую панель 90 секции 86 камеры сгорания, причем отверстия форсунок расположатся над поверхностью 110. При желании, в опорном приспособлении 102 могут быть выполнены прорези на участке каждой форсунки 108, принимая во внимание перепад температур между охлаждаемой панелью 92 и опорным приспособлением 102. Кроме того, в каждой горячей панели 90 имеется группа отверстий 107, соосно которым расположены выпускные отверстия форсунок 108.

В некоторых случаях, когда сплошная охлаждаемая панель 92 может оказаться нежелательной, применяют несплошную охлаждаемую панель 92. Как следует из Фиг.11 и 12, вместо сплошной охлаждаемой панели 92 можно использовать местные опорные или разделительные элементы 120, помещаемые между каналами или трубками 96 системы охлаждения. Предпочтительным является присоединение разделительных элементов 120 к опорному приспособлению 102. Однако, при желании, имеется возможность крепления разделительных элементов 120 с нижней стороны горячей панели 90. Крепление разделительных элементов 120 к опорному приспособлению 102 или к панели 90 может производиться любым из подходящих для этого способов, известным из уровня техники. При необходимости, разделительные элементы 120 могут быть выполнены как единое целое с опорным приспособлением 102. При таком конструктивном решении, горячая панель 90 пристыковывается указанным выше способом к опорному приспособлению 102 непосредственно при помощи крепежных элементов 18, выполняющих роль средства крепления наружной панели к опорному приспособлению и выполненных из композиционного материала.

На Фиг.10 представлен альтернативный вариант выполнения системы впрыска топлива через стенку. В данном случае топливо попадает в топливный коллектор 106 по топливной магистрали 104 и подается к распылительным форсункам 108 по каналам 122, расположенным между горячей панелью 90 и опорным приспособлением 102. В опорном приспособлении 102 могут быть выполнены, если потребуется, прорези для перемещения распылительных форсунок 108 совместно с панелью.

Стенка двигателя, изображенная на Фиг.6, впускная секция 84, секция камеры сгорания 86, и секция сопла 88 изображены в виде отдельных теплообменных панельных устройств. При необходимости, эти секции могут быть выполнены на базе одного теплообменного панельного устройства 10, проходящего от точки 128 в области направляющей кромки 82 до точки 130 в области замыкающей кромки. Единое теплообменное панельное устройство включало бы одну горячую панель 90 и одну охлаждаемую панель 92, проходящую от точки 128 до точки 130. При таком конструктивном решении, система с текучей средой/хладагентом может проходить от впускного коллектора, примыкающего к одной из точек 128 и 130, к выпускному коллектору, примыкающему к иным точкам, нежели точки 128 и 130. Если потребуется, система впрыска топлива, подобная вышеупомянутой системе, может быть расположена в любом месте по длине панели.

В другом варианте воплощения настоящего изобретения стенка 80 может быть образована элементами теплообменного панельного устройства, состоящего из охлаждаемой панели 92, проходящей от точки 128 до точки 130, и горячей панели 90, состоящей из группы секций, как показано на Фиг.6. Преимущество подобной компоновки состоит в том, что если конкретный участок теплообменного панельного устройства 10 необходимо подвергнуть осмотру, то для этого потребуется снять только одну из горячих панелей 90.

Очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением предлагается теплообменное панельное устройство, которое полностью отвечает вышеуказанным целям, содержит упомянутые средства и обладает названными преимуществами. Поскольку описанием настоящего изобретения был охвачен частный вариант его осуществления, специалистам в данной области техники станут очевидны и иные альтернативные варианты воплощения, разновидности и модификации изобретения при ознакомлении с вышеизложенным описанием. Соответственно, изобретение создавалось с целью охватить эти альтернативные варианты воплощения, разновидности и модификации, находящиеся в пределах прилагаемой формулы изобретения.