發(fā)動機冷卻

薄膜冷卻　由液體推進劑或氣體在受熱壁面上形成薄膜阻止燃氣向壁面?zhèn)鳠岬睦鋮s方式分別稱為液膜冷卻或氣膜冷卻。液體火箭發(fā)動機的推力室在熱流密度最大的噴管喉部附近采用液膜冷卻，更多的是在噴注器周邊設置一圈低混合比的噴嘴或燃料直流射孔，在燃燒室內(nèi)壁面附近形成低溫邊區(qū)或薄膜，把中心區(qū)高溫燃氣與壁面隔開。渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪葉片和火焰筒常用氣膜冷卻，葉片溫度可降低400～600°C。有的液體火箭發(fā)動機把渦輪排氣引入推力室噴管，對噴管內(nèi)壁進行氣膜冷卻。

發(fā)汗冷卻 　也稱發(fā)散冷卻。受熱件用多孔材料制成，冷卻劑通過微孔滲出受熱表面把熱量帶走，同時在壁面上形成一層冷卻薄膜，有很好的冷卻效果。由于研制多孔材料比較困難，碳氫燃料燃燒后的積碳容易堵塞微孔，這種冷卻方式未能廣泛應用,僅用于液氧-液氫發(fā)動機噴注器面板的冷卻。

燒蝕冷卻 　廣泛用于固體火箭發(fā)動機的噴管（見燒蝕防熱、燒蝕材料）。還有一種自冷卻方式，機理與燒蝕冷卻類似，用多孔鎢作基體，滲入銀、銅、鋅等熔點較低的材料，遇熱時熔點低的材料升華逸出而起冷卻作用?；w鎢難熔耐蝕，能保持外形，適用于制作固體火箭發(fā)動機噴管喉襯。

輻射冷卻 　利用熾熱物體的熱輻射向外散熱。輻射冷卻一般用于火箭發(fā)動機中熱流密度較小的噴管延伸段、燃氣溫度較低的燃氣發(fā)生器和單元推進劑分解的推力室?；钊桨l(fā)動機汽缸頭的黑色散熱片也起輻射散熱作用。提高輻射散熱效果主要靠選用耐高溫材料制造受熱零件；其次靠提高表面黑度，即在壁面上涂黑度0.85以上的高溫涂料。

隔熱層 　在受熱壁面上涂敷或粘貼導熱率低的耐高溫材料，減少燃氣向壁傳熱。常用的隔熱材料如氧化鋯、氧化鋁等適用于液體火箭發(fā)動機；石墨、碳化鎢、陶瓷等適用于固體火箭發(fā)動機；陶瓷、高溫隔熱漆、石棉等適用于渦輪噴氣發(fā)動機。

不同的冷卻方式可以分別使用，也可以同時使用。如液體火箭發(fā)動機的推力室同時采用對流冷卻和薄膜冷卻（見圖）；渦輪噴氣發(fā)動機的渦輪葉片同時采用噴射冷卻和氣膜冷卻。

對流冷卻 　冷卻劑流過受熱零件壁面，靠對流傳熱將熱量帶走，如對著受熱壁面噴射冷卻劑以提高對流冷卻的效果（稱為噴射冷卻）。對流冷卻廣泛用于發(fā)動機的各種受熱零、組件。航空發(fā)動機的渦輪葉片采用空氣對流冷卻，可使葉片溫度降低200～250°C，液體火箭發(fā)動機的推力室用推進劑的一種組元作為冷卻劑，使其流過冷卻套來冷卻室壁，然后進入燃燒室參加燃燒，這種冷卻方式稱為再生冷卻。如果流過冷卻套的推進劑由噴管末端一周小孔直接排出，則稱為排放冷卻。這種方法適用于以氫作冷卻劑的推力室，排放射流也能產(chǎn)生一部分推力。

發(fā)動機冷卻方式說明發(fā)動機冷卻方式是風冷還是水冷。

《用于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的副水箱和發(fā)動機冷卻系統(tǒng)》涉及發(fā)動機領域，更具體地說，涉及一種用于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的副水箱和發(fā)動機冷卻系統(tǒng)。

發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的作用是將發(fā)動機運行時產(chǎn)生的部分熱量吸收并及時散發(fā)出去，從而使發(fā)動機的部件得到適度的冷卻，使發(fā)動機在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。

通常，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)包括散熱器（也稱為水箱）、水泵、風扇、節(jié)溫器、溫度傳感器和水套等。在發(fā)動機運行過程中，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻液溫度上升，從而受熱膨脹，而當如發(fā)動機停止運行時，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻液溫度下降，體積減小。為了適應發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中冷卻液的這種體積變化，通常在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中還設置有與散熱器相通的副水箱（也稱為膨脹水箱）。

具體來說，當發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻液體積變大時，部分冷卻液會流入副水箱內(nèi)而儲存起來；而當冷卻液溫度下降時，副水箱中的冷卻液則會自動地重新流入散熱器中，以進行補充。當需要補充發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的冷卻液時，也可以將冷卻液注入副水箱中。

圖1所示為包括傳統(tǒng)的副水箱的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的示意圖。該發(fā)動機冷卻系統(tǒng)包括：發(fā)動機1、散熱器2和副水箱3，其中，發(fā)動機1包括發(fā)動機進水口11、發(fā)動機出水口12和發(fā)動機出氣口13，散熱器2包括散熱器進水口21、散熱器出水口22和散熱器出氣口23，副水箱3包括注水口31、副水箱出水口32和副水箱氣口33，發(fā)動機進水口11分別與副水箱出水口32和散熱器出水口22相通，發(fā)動機出水口12與散熱器進水口21相通，副水箱氣口33分別與發(fā)動機出氣口13和散熱器出氣口23相通。

在圖1所示的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中，副水箱內(nèi)的冷卻液從副水箱出水口32通過發(fā)動機進水口11而進入發(fā)動機內(nèi)的冷卻管路中，發(fā)動機內(nèi)溫度較高的冷卻液從發(fā)動機出水口12通過散熱器進水口21進入散熱器2中，經(jīng)過散熱以獲得相對較低的溫度后，再從散熱器出水口22通過發(fā)動機進水口11流回到發(fā)動機中。

當發(fā)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液溫度升高而體積膨脹時，冷卻液會通過副水箱出水口32而回流到副水箱3內(nèi)，以利用該副水箱3容納一部分冷卻液。

另外，當發(fā)動機運行時，由于冷卻系統(tǒng)中的冷卻液受熱，從而會在冷卻液內(nèi)產(chǎn)生氣體。冷卻液（如在散熱器2和發(fā)動機1）中所產(chǎn)生的氣體分別通過散熱器出氣口23和發(fā)動機出氣口13而流動到副水箱氣口33，進而通過副水箱3的注水口31而排到外部。

通過以上分析可知，在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的副水箱3內(nèi)，不但儲存有冷卻系統(tǒng)的冷卻液，而且由于該副水箱3需要承擔排出壓力氣體的作用，因而還存在來自于發(fā)動機1和散熱器2的氣體。

截至2010年3月1日，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的副水箱大都為單腔式副水箱。也就是說，該副水箱僅有一個腔室，因而副水箱內(nèi)儲存的冷卻液與來自于冷卻系統(tǒng)的氣體共同存在于一個腔室內(nèi)。

這種傳統(tǒng)的副水箱所帶來的缺陷在于：一方面，來自于發(fā)動機和散熱器的氣體進入副水箱后，由于除了向副水箱中注水時之外，副水箱通常均為封閉的腔室，因而會增大副水箱內(nèi)的壓力，進而不利于將冷卻液在發(fā)動機和散熱器中產(chǎn)生的氣體排出；另一方面，來自于發(fā)動機和散熱器的氣體會給副水箱內(nèi)帶來熱量，該熱量不但同樣會使副水箱內(nèi)的壓力增高，不利于將冷卻液在發(fā)動機和散熱器中產(chǎn)生的氣體排出，而且還會使副水箱中儲存的冷卻液的溫度上升，從而增加了整個發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的熱負荷。

因此，需要提供一種能夠克服上述缺陷的技術方案。