CN111503659A - 火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺，火焰筒的筒体包含内环壁和外环壁，内环壁与外环壁之间具有燃气流道，内环壁的前端与外环壁的前端之间设置有头部，头部的前端经由支承杆连接于一扩压器，外环壁的后端设置有支撑结构，支撑结构的后端和内环壁的后端连接于一燃气涡轮导向器。其中，内环壁、外环壁、头部、支承杆以及支撑结构为一体结构。内环壁与同侧的外环壁的间距在轴向上由前至后渐增，而使燃气流道的截面宽度由前至后渐增。

Description

火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺

技术领域

本发明涉及微型涡喷发动机技术领域，尤其涉及一种火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺。

背景技术

微型涡喷发动机(Micro-turbine engine)具有尺寸小、重量轻、结构简单、成本低、维护使用方便等特点，广泛应用于无人飞行器、巡飞弹等军用航空或民用航模动力装置。燃烧室作为微型涡喷发动机的关键部件之一，与常规尺寸燃烧室相比，具有特征尺寸小、面容比大、流阻大的特点，蒸发管环形直流燃烧室具有结构简单、制造成本较低、供油压力低等优点，目前广泛用于微型涡喷发动机。火焰筒是燃烧室的重要组成部分，对于微型涡喷发动机，火焰筒在实现组织燃烧、冷却及掺混高温燃气功能的同时，需满足结构简单、成本低、加工周期短、维护方便等要求。

现有实现方案的微型涡喷发动机蒸发管环形直流燃烧室火焰筒结构如图1所示，该火焰筒主要由火焰筒头部130、火焰筒外环120、火焰筒内环110、支撑结构150和支承杆140等组成，在火焰筒头部130上布置进气缝槽131，在火焰筒外环120上布置多排进气孔121，在火焰筒内环110上布置多排进气孔111。来自压气机的高压空气通过火焰筒头部、内外环上的开孔进入火焰筒内部，用于组织燃烧、火焰筒冷却及掺混高温燃气，而后燃气进入涡轮膨胀做功。沿燃气流动方向，现有实现方案的火焰筒燃气流道E1截面面积不变。采用传统机械加工成型/焊接成型的气膜冷却结构由于加工工艺复杂、加工成本高，为了降低加工成本，现有实现方案的火焰筒壁面大部分无专门的冷却结构，通常采用多排垂直壁面的较小直径的圆孔辅助性地实现冷却。现有实现方案的火焰筒为薄壁钣金焊接组合件，火焰筒头部130为薄壁件，采用钣金冲压的方式制造出内外型面，采用钣金曲翘的方式制造出进气缝槽131。火焰筒外环120为薄壁件，采用激光打孔及钣金冲压的方式制造火焰筒外环上的进气孔121，采用电子束焊的方式将火焰筒外环120焊接成圆筒构型。火焰筒内环110为薄壁件，采用激光打孔及钣金冲压的方式制造火焰筒内环上的进气孔111，采用电子束焊的方式将火焰筒内环110焊接成圆筒构型。支撑结构150和支承杆140通过棒料机械加工成型。采用滚焊的工艺手段将火焰筒头部130与火焰筒外环120焊接在一起、将火焰筒头部130和火焰筒内环110焊接在一起。火焰筒头部焊接3个沿周向均匀分布的支承杆140，采用氩弧焊的工艺手段将支承杆140与火焰筒头部130焊接在一起。通过搭接、扣压的方式将支撑结构150与火焰筒外环120连接。发动机在装配时，火焰筒通过支承杆140与扩压器300连接、固定，通过支撑结构150、火焰筒内环110与燃气涡轮导向器400搭接、支承。

现有方案的火焰筒结构由于燃烧空间受限，导致燃烧室的燃气驻留时间短、燃烧热损失大、燃烧效率低。采用较小直径圆孔的辅助冷却方式由于冷却气体不贴壁，冷却效果较差，火焰筒壁面容易出现局部过热、壁温分布不均等问题。现有方案的火焰筒为薄壁钣金焊接件，涉及的工艺方法较多，包括钣金冲压、电子束焊、氩弧焊、激光打孔等，需要多工种协同才能完成，且焊接时零件容易发生变形，需在制造过程中通过不同的专用工装来保证火焰筒制造符合性，导致制造成本高、加工周期长。另外，由于支承杆140在焊接时尺寸容易发生变化，火焰筒与扩压器300、火焰筒与燃气涡轮导向器400固定后存在扩压器与导向器同轴度较差的问题，导致发动机在装配时需对火焰筒与燃气涡轮导向器400配合部位进行局部修理，装配一致性和零件互换性较差、装配周期长。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够降低燃烧室参考速度、增加燃气停留时间、提高燃烧效率、零件数量较少，集成化程度较高，缓解制造过程中焊接造成的构件变形的问题的火焰筒。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有上述的火焰筒的微型涡喷发动机。

本发明的又一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种用以制备上述的火焰筒的火焰筒的制备工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种火焰筒，所述火焰筒的筒体包含内环壁和外环壁，所述内环壁与所述外环壁之间具有燃气流道，所述内环壁的前端与所述外环壁的前端之间设置有头部，所述头部的前端经由支承杆连接于一扩压器，所述外环壁的后端设置有支撑结构，所述支撑结构的后端和所述内环壁的后端连接于一燃气涡轮导向器。其中，所述内环壁、所述外环壁、所述头部、所述支承杆以及所述支撑结构为一体结构。所述内环壁与同侧的所述外环壁的间距在轴向上由前至后渐增，而使所述燃气流道的截面宽度由前至后渐增。

根据本发明的其中一个实施方式，所述外环壁呈圆柱面状，所述内环壁呈圆锥面状。

根据本发明的其中一个实施方式，在所述火焰筒的轴向截面图形中，所述外环壁所在直线与所述内环壁所在直线之间具有夹角，所述夹角为5°～7.5°。

根据本发明的其中一个实施方式，所述内环壁开设有多组气膜冷却孔，所述多组气膜冷却孔沿轴向间隔布置，同组的多个所述气膜冷却孔沿周向间隔布置，所述内环壁的内表面设置有多个气膜舌片，每个所述气膜舌片沿周向布置并呈环状结构，所述多个气膜舌片分别对应于多组所述气膜冷却孔。所述外环面开设有多组气膜冷却孔，所述多组气膜冷却孔沿轴向间隔布置，同组的多个所述气膜冷却孔沿周向间隔布置，所述外环面的内表面设置有多个气膜舌片，每个所述气膜舌片沿周向布置并呈环状结构，所述多个气膜舌片分别对应于多组所述气膜冷却孔。

根据本发明的其中一个实施方式，所述气膜舌片通过连接部连接于所述内环壁的内表面或者所述外环面的内表面，且所述连接部位于所述气膜冷却孔在轴向上的前侧，所述气膜舌片相对所述连接部向后弯折延伸，且所述气膜舌片相间隔地位于所述气膜冷却孔的上方。

根据本发明的其中一个实施方式，所述内环壁的壁厚为0.6mm～0.8mm。和/或，所述外环壁的壁厚为0.6mm～0.8mm。和/或，所述气膜冷却孔的孔径为0.9mm～1.5mm。和/或，所述气膜舌片的长度为4.5mm～5.5mm。和/或，所述气膜舌片与所述气膜冷却孔的间距为1mm～1.5mm。

根据本发明的其中一个实施方式，所述支承杆外周设置有弹簧；其中，所述头部经由所述支承杆连接于所述扩压器时，所述弹簧的两端分别抵顶于所述头部和所述扩压器。

根据本发明的其中一个实施方式，所述弹簧的长度与所述支承杆的长度的比值为1.2～1.5。和/或，所述弹簧的直径与所述支承杆的直径的比值为1.2～1.4

根据本发明的另一个方面，提供一种微型涡喷发动机，包含扩压器、燃烧室以及燃气涡轮导向器，所述燃烧室包含火焰筒。其中，所述火焰筒为本发明提出的并在上述实施方式中所述的火焰筒，所述火焰筒的所述头部的前端连接于所述扩压器，所述火焰筒的所述支撑结构的后端和所述内环壁的后端连接于所述燃气涡轮导向器。

根据本发明的又一个方面，提供一种火焰筒的制备工艺。其中，所述火焰筒的制备工艺用以制备本发明提出的并在上述实施方式中所述的火焰筒，所述火焰筒的制备工艺包含以下步骤：

模型处理，根据尺寸公差要求，在专用软件中对一体化火焰筒的筒体三维模型增加余量和支撑结构进行处理，随后输出可用于增材制造的数据文件；

设备准备，在金属打印机中安装不锈钢基板，在设备内充入保护气体，开启基板预热；

打印，将用于增材制造的数据文件导入到金属打印机，选择打印参数，开启激光器打印，金属打印机将输送到设备的高温合金金属粉末，根据一体化火焰筒零件三维模型数据所编制的程序，沿支承杆到火焰筒尾部方向进行铺粉、烧结，金属打印机层层打印而将火焰筒筒体、各进气孔、各气膜冷却孔、各气膜舌片一次性整体打印成型，并固化定型；以及

后处理，将带基板的火焰筒筒体由金属打印机中取出，并进行热处理，再将火焰筒筒体与基板分离，去除支撑结构，并进行打磨精整处理。

由上述技术方案可知，本发明提出的火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺的优点和积极效果在于：

本发明提出的火焰筒的内环壁、外环壁、头部、支承杆以及支撑结构为一体结构。并且，内环壁与同侧的外环壁的间距在轴向上由前至后渐增，而使燃气流道的截面宽度由前至后渐增。通过上述设计，本发明提出的火焰筒在不增加径向最大尺寸及轴向长度的前提下，采用内环壁与外环壁的间距渐变的设计，实现内腔的变流道截面设计，据此能够降低燃烧室参考速度、增加燃气停留时间、提高燃烧效率。再者，本发明提出的火焰筒利用一体化结构的设计，减少了零件数量，提高了集成化程度，取消了多处焊接工艺，消除了制造过程中焊接对零件造成的变形。

本发明提出的火焰筒的制备工艺采用增材制造工艺实现上述一体化结构的制备，增大了零件的刚性，降低了零件易变形的风险，缩短了制造周期、降低了制造成本和制造精度的分散性。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施方式的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是一种现有微型涡喷发动机的火焰筒的局部剖视图；

图2是根据一示例性实施方式示出的一种火焰筒安装于微型涡喷发动机时的局部剖视图；

图3是图2示出的火焰筒的局部剖视图；

图4是图3的A部分放大图。

附图标记说明如下：

110.火焰筒内环；

111.进气孔；

120.火焰筒外环；

121.进气孔；

130.火焰筒头部；

131.进气缝槽；

140.支承杆；

150.支撑结构；

210.内环壁；

211.内环进气孔；

212.内环气膜冷却孔；

213.内环气膜舌片；

2131.连接部；

220.外环壁；

221.外环进气孔；

222.外环气膜冷却孔；

230.头部；

231.进气缝槽；

240.支承杆；

241.弹簧；

250.支撑结构；

300.扩压器；

400.燃气涡轮导向器；

E1.燃气流道；

E2.燃气流道；

α.夹角；

φD.孔径；

H.间距；

L.长度。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。

在对本发明的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。

参阅图2，其代表性地示出了本发明提出的火焰筒安装于微型涡喷发动机时的局部剖视图，具体示出了火焰筒和其连接的扩压器与燃气涡轮导向器的位于轴线一侧的剖视结构。在该示例性实施方式中，本发明提出的火焰筒是以应用于微型涡喷发动机为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本发明的相关设计应用于其他类型的发动机或其他设备，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本发明提出的火焰筒的原理的范围内。

如图2所示，在本实施方式中，本发明提出的火焰筒的筒体主要包含内环壁210、外环壁220、头部230、支承杆240以及支撑结构250。配合参阅图3和图4，图3中代表性地示出了能够体现本发明原理的火焰筒的局部剖视图，具体示出了火焰筒的筒体的位于轴线一侧的剖视结构；图4中代表性地示出了图3的A部分放大图。以下将结合上述附图，对本发明提出的火焰筒的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

如图2和图3所示，在本实施方式中，火焰筒的筒体主要包含内环壁210和外环壁220。具体而言，筒体的外型大致呈圆筒状结构，且内环壁210和外环壁220可以分别近似地理解为该筒体的内壁和外壁，则内环壁210和外环壁220分别大致呈管状结构。内环壁210与外环壁220在火焰筒的径向方向上间隔布置，而使内环壁210与外环壁220之间形成有环状的燃气流道E2。头部230设置在内环壁210的前端与外环壁220的前端之间，则头部230大致呈沿径向方向布置的环状结构。支承杆240沿平行于火焰筒的轴向的方向布置，且支承杆240连接在头部230的前端与一扩压器300之间。外环壁220的后端设置有支撑结构250，且支撑结构250的后端和内环壁210的后端共同连接于一燃气涡轮导向器400。在此基础上，上述的内环壁210、外环壁220、头部230、支承杆240以及支撑结构250为一体结构，即，筒体1的整个环腔壁面为一个整体。并且，内环壁210与同侧的外环壁220(即图2和图3中示出的内环壁210的部分与外环壁220的部分)的间距在轴向上由前至后渐增，而使燃气流道E2的截面宽度(即燃气流道E2在径向方向上的截面宽度或者截面积)由前至后渐增。据此，内环壁210大致呈锥管状结构，且外环壁220大致呈圆管状结构。通过上述设计，本发明提出的火焰筒在不增加径向最大尺寸及轴向长度的前提下，采用内环壁210与外环壁220的间距渐变的设计，实现内腔的变流道截面设计，据此能够降低燃烧室参考速度、增加燃气停留时间、提高燃烧效率。再者，本发明提出的火焰筒利用一体化结构的设计，减少了零件数量，提高了集成化程度，取消了多处焊接工艺，消除了制造过程中焊接对零件造成的变形。据此，本发明能够满足燃烧室燃烧效率高、火焰筒壁温分布均匀、火焰筒结构简单、加工成本低、制造周期短、发动机易装配的要求。

较佳地，如图2和图3所示，在本实施方式中，外环壁220呈圆柱面状，在此基础上，内环壁210可以优选地呈圆锥面状。即，在火焰筒的轴向截面上，一侧的外环壁220大致呈平行于火焰筒的轴线的直线状，与其同侧的内环壁210大致呈由前至后(即由连接于扩压器300的一端至连接于燃气涡轮导向器400的一端)朝向外环壁220倾斜的斜线状。亦即，内环壁210与同侧的外环壁220的间距的渐增的数学变化方式为线性变化。在其他实施方式中，在外环壁220呈圆柱面状的基础上，即，在保证火焰筒径向尺寸不变的前提下，内环壁210还可以呈其他形状，例如回转弧面状，则内环壁210与同侧的外环壁220的间距的渐增的数学变化方式亦可为非线性变化，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图4所示，基于外环壁220呈圆柱面状且内环壁210呈圆锥面状的设计，在本实施方式中，在火焰筒的轴向截面图形中，外环壁220所在直线与内环壁210所在直线之间的夹角α可以优选为5°～7.5°，例如5°、5.5°、7°、7.5°等。在其他实施方式中，上述夹角α亦可小于5°，或者大于7.5°，例如4°、4.5°、8°等，并不以本实施方式为限。

较佳地，在本实施方式中，内环壁210的壁厚可以优选为0.6mm～0.8mm，例如0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.8mm等。在其他实施方式中，内环壁210的壁厚亦可小于0.6mm，或者大于0.8mm，例如0.55mm、0.85mm、0.9mm等，并不以本实施方式为限。

较佳地，在本实施方式中，外环壁220的壁厚可以优选为0.6mm～0.8mm，例如0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.8mm等。在其他实施方式中，外环壁220的壁厚亦可小于0.6mm，或者大于0.8mm，例如0.55mm、0.85mm、0.9mm等，并不以本实施方式为限。

再者，基于上述关于内环壁210的壁厚和外环壁220的壁厚的设计，在本实施方式中，内环壁210的壁厚可以优选地等于外环壁220的壁厚。在其他实施方式中，内环壁210的壁厚与外环壁220的壁厚亦不限于相对，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图2至图4所示，在本实施方式中，内环壁210可以优选地开设有多组气膜冷却孔，为了区分于下述的外环壁220开设的气膜冷却孔，本说明书中是将开设在内环壁210的气膜冷却孔定义为内环气膜冷却孔212。具体而言，多组内环气膜冷却孔212是沿火焰筒的轴向间隔布置，且同组的多个内环气膜冷却孔212是沿火焰筒的周向间隔布置。在此基础上，内环壁210的内表面(即朝向同侧的外环壁220的表面)可以优选地设置有多个气膜舌片，且气膜舌片沿周向设置并呈环状结构。该气膜舌片可以优选地与内环壁210为一体结构。为了区分于下述的外环气膜舌片，本说明书中是将设置在内环壁210的气膜舌片定义为内环气膜舌片213。并且，多个内环气膜舌片213分别对应于多组内环气膜冷却孔212，即，对于一个内环气膜舌片213而言，其是沿周向环绕一周布置，由于同组的内环气膜冷却孔212也是沿周向间隔分布，因此内环气膜舌片213所对应的一组内环气膜冷却孔212中的每一个均对应于该内环气膜舌片213。

进一步地，基于内环壁210开设有内环气膜冷却孔212的设计，在本实施方式中，同组的多个内环气膜冷却孔212在火焰筒的周向上可以优选为间隔均匀地分布。

进一步地，如图4所示，基于内环壁210开设有内环气膜冷却孔212的设计，在本实施方式中，内环气膜冷却孔212的孔径φD可以优选为0.9mm～1.5mm，例如0.9mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm等。在其他实施方式中，内环气膜冷却孔212的孔径φD亦可小于0.9mm，或者大于1.5mm，例如0.8mm、1.6mm、1.8mm等，并不以本实施方式为限。

进一步地，如图4所示，基于内环壁210的内表面设置有对应于内环气膜冷却孔212的内环气膜舌片213的设计，在本实施方式中，内环气膜舌片213可以优选地通过连接部2131设置于内环壁210的内表面。具体而言，连接部2131连接于内环壁210的内表面，且连接部2131位于内环气膜冷却孔212在轴向上的前侧。内环气膜舌片213相对连接部2131向后弯折延伸，且内环气膜舌片213相间隔地位于内环气膜冷却孔212的上方，从而在径向方向上将内环气膜冷却孔212遮盖。

更进一步地，如图4所示，基于内环气膜舌片213的设计，在本实施方式中，内环气膜舌片213的长度L可以优选为4.5mm～5.5mm，例如4.5mm、5mm、5.2mm、5.5mm等。在其他实施方式中，内环气膜舌片213的长度L亦可小于4.5mm，或者大于5.5mm，例如4mm、6mm、6.5mm等，并不以本实施方式为限。

更进一步地，如图4所示，基于内环气膜舌片213的设计，在本实施方式中，内环气膜舌片213与内环气膜冷却孔212的间距H可以优选为1mm～1.5mm，例如1mm、1.1mm、1.2mm、1.5mm等。在其他实施方式中，内环气膜舌片213与内环气膜冷却孔212的间距H亦可小于1mm，或者大于1.5mm，例如0.8mm、1.6mm、2mm等，并不以本实施方式为限。

较佳地，如图2和图3所示，在本实施方式中，外环壁220可以优选地开设有多组气膜冷却孔，为了区分于上述的内环壁210开设的气膜冷却孔，本说明书中是将开设在外环壁220的气膜冷却孔定义为外环气膜冷却孔222。具体而言，多组外环气膜冷却孔222是沿火焰筒的轴向间隔布置，且同组的多个外环气膜冷却孔222是沿火焰筒的周向间隔布置。在此基础上，外环壁220的内表面(即朝向同侧的内环壁210的表面)可以优选地设置有多个气膜舌片，且气膜舌片沿周向设置并呈环状结构。该气膜舌片可以优选地与外环壁220为一体结构。为了区分于上述的内环气膜舌片213，本说明书中是将设置在外环壁220的气膜舌片定义为外环气膜舌片。并且，多个外环气膜舌片分别对应于多个外环气膜冷却孔222，即，对于一个外环气膜舌片而言，其是沿周向环绕一周布置，由于同组的外环气膜冷却孔222也是沿周向间隔分布，因此外环气膜舌片所对应的一组外环气膜冷却孔222中的每一个均对应于该外环气膜舌片。其中，外环气膜冷却孔222与内环气膜冷却孔212的组数可以但不限于相等，且同组的外环气膜冷却孔222的数量与同组的内环气膜冷却孔212的数量亦不限于相等。另外，图4是以内环气膜冷却孔212及与其对应设置的内环气膜舌片213为例进行显示，外环气膜冷却孔222及与其对应设置的外环气膜舌片与内环气膜冷却孔212及与其对应的内环气膜舌片213大致相同，本说明书中不再对外环气膜舌片单独附图示出。

进一步地，基于外环壁220开设有外环气膜冷却孔222的设计，在本实施方式中，同组的多个外环气膜冷却孔222在火焰筒的周向上可以优选为间隔均匀地分布。

进一步地，基于外环壁220开设有外环气膜冷却孔222的设计，在本实施方式中，外环气膜冷却孔222的孔径φD可以优选为0.9mm～1.5mm，例如0.9mm、1.2mm、1.4mm、1.5mm等。在其他实施方式中，外环气膜冷却孔222的孔径φD亦可小于0.9mm，或者大于1.5mm，例如0.8mm、1.6mm、1.8mm等，并不以本实施方式为限。其中，外环气膜冷却孔222与内环气膜冷却孔212的孔径φD可以但不限于相等。

进一步地，基于外环壁220的内表面设置有对应于外环气膜冷却孔222的外环气膜舌片的设计，在本实施方式中，外环气膜舌片可以优选地通过连接部设置于外环壁220的内表面。具体而言，连接部连接于外环壁220的内表面，且连接部位于外环气膜冷却孔222在轴向上的前侧。外环气膜舌片相对连接部向后弯折延伸，且外环气膜舌片相间隔地位于外环气膜冷却孔222的上方(图中示出为下方)，从而在径向方向上将外环气膜冷却孔222遮盖。

更进一步地，基于外环气膜舌片的设计，在本实施方式中，外环气膜舌片的长度可以优选为4.5mm～5.5mm，例如4.5mm、5mm、5.2mm、5.5mm等。在其他实施方式中，外环气膜舌片的长度亦可小于4.5mm，或者大于5.5mm，例如4mm、6mm、6.5mm等，并不以本实施方式为限。其中，外环气膜舌片的长度与内环气膜舌片213的长度L可以但不限于相等。

更进一步地，基于外环气膜舌片的设计，在本实施方式中，外环气膜舌片与外环气膜冷却孔222的间距可以优选为1mm～1.5mm，例如1mm、1.1mm、1.2mm、1.5mm等。在其他实施方式中，外环气膜舌片与外环气膜冷却孔222的间距亦可小于1mm，或者大于1.5mm，例如0.8mm、1.6mm、2mm等，并不以本实施方式为限。其中，外环气膜舌片和外环气膜冷却孔222的间距与内环气膜舌片213和内环气膜冷却孔212的间距H可以但不限于相等。

承上所述，通过上述气膜冷却孔与气膜舌片的设计，本发明提出的火焰筒能够提供一种气膜冷却结构，降低加工成本、改善火焰筒壁温分布。其中，冷却气体可以覆盖相邻气膜冷却结构之间的火焰筒的壁面，并可优选地采用增材制造技术，更加简单快捷地实现火焰筒的上述气膜冷却结构的制造加工。据此，来自压气机的高压空气通过进气缝槽231、内环进气孔211、外环进气孔221、内环气膜冷却孔212、外环气膜冷却孔222进入火焰筒内部的燃气流道E2，用于组织燃烧、火焰筒冷却及掺混高温燃气，而后燃气进入涡轮膨胀做功。再者，冷却空气经由气膜冷却孔冲击到气膜舌片上，再覆盖到火焰筒热侧壁面(例如内环壁210和外环壁220)，形成贴壁的冷却气膜，从而对火焰筒壁面进行冷却。另外，上述气膜冷却结构及其加工方法工艺简单、加工成本低、加工周期短，在不增加火焰筒开孔面积的条件下，可以有效改善火焰筒局部高温热斑、降低火焰筒壁温梯度，从而提高火焰筒的强度和使用寿命。

较佳地，如图2和图3所示，在本实施方式中，支承杆240的外周可以优选地设置有弹簧241。具体而言，火焰筒的筒体的头部230在经由支承杆240连接于扩压器300时，弹簧241的两端分别抵顶于头部230和扩压器300，从而对燃气涡轮导向器400与扩压器300的同轴度状态进行定位。通过上述设计，本发明提出的火焰筒能够通过调节弹簧241的压缩量，控制扩压器300与燃气涡轮导向器400的同轴度，以便于发动机的装配。具体而言，当火焰筒的筒体加工完成后，可以采用点焊的制造技术将弹簧241与火焰筒的筒体(即头部230)焊接在一起。发动机在装配时，可以通过调节连接在火焰筒与扩压器300的螺钉的拧紧力矩来控制火焰筒上弹簧241的压缩量，以达到改善扩压器300与燃气涡轮导向器400的同轴度的目的。

进一步地，基于支承杆240的外周设置有弹簧241的设计，在本实施方式中，弹簧241的长度与支承杆240的长度的比值可以优选为1.2～1.5，例如1.2、1.3、1.4、1.5等。在其他实施方式中，弹簧241的长度与支承杆240的长度的比值亦可小于1.2，或者大于1.5，例如1.1、1.55、1.6等，并不以本实施方式为限。

进一步地，基于支承杆240的外周设置有弹簧241的设计，在本实施方式中，弹簧241的直径与支承杆240的直径的比值可以优选为1.2～1.4，例如1.2、1.3、1.4等。在其他实施方式中，弹簧241的直径与支承杆240的直径的比值亦可小于1.2，或者大于1.4，例如1.1、1.45、1.5等，并不以本实施方式为限。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的火焰筒仅仅是能够采用本发明原理的许多种火焰筒中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的火焰筒的任何细节或火焰筒的任何部件。

举例而言，如图2和图3所示，在本实施方式中，火焰筒的筒体的头部230开设有进气缝槽231。

又如，如图2和图3所示，在本实施方式中，内环壁210可以优选地开设有多组进气孔，为了区分于下述的外环壁220开设的进气孔，本说明书中是将开设在内环壁210的进气孔定义为内环进气孔211。具体而言，多组内环进气孔211是沿火焰筒的轴向间隔布置，且同组的多个内环进气孔211是沿火焰筒的周向间隔布置。

再如，如图2和图3所示，在本实施方式中，外环壁220可以优选地开设有多组进气孔，为了区分于上述的内环壁210开设的进气孔，本说明书中是将开设在外环壁220的进气孔定义为外环进气孔221。具体而言，多组外环进气孔221是沿火焰筒的轴向间隔布置，且同组的多个外环进气孔221是沿火焰筒的周向间隔布置。其中，外环进气孔221与内环进气孔211的组数可以但不限于相等，且同组的外环进气孔221的数量与同组的进气孔的数量亦不限于相等。

如图2所示，在本实施方式中，本发明提出的微型涡喷发动机包含扩压器300、燃烧室以及燃气涡轮导向器400，且燃烧室包含火焰筒。其中，上述火焰筒即为本发明提出的并在上述实施方式中详细说明的火焰筒，且火焰筒的头部230的前端连接于扩压器300，火焰筒的支撑结构250的后端和内环壁210的后端共同连接于燃气涡轮导向器400。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的微型涡喷发动机仅仅是能够采用本发明原理的许多种微型涡喷发动机中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的微型涡喷发动机的任何细节或微型涡喷发动机的任何部件。

基于上述对本发明提出的火焰筒及具有该火焰筒的微型涡喷发动机的示例性实施方式的具体说明，以下将对本发明提出的火焰筒的制备工艺的一示例性实施方式进行简要说明。

在本实施方式中，本发明提出的火焰筒的制备工艺是用以制备本发明提出的并在上述实施方式中详细说明的火焰筒，该火焰筒的制备工艺至少包含以下步骤：

模型处理，根据尺寸公差要求，在专用软件中对一体化火焰筒的筒体三维模型增加余量和支撑结构进行处理，随后输出可用于增材制造的数据文件；

设备准备，在金属打印机中安装不锈钢基板，在设备内充入保护气体，开启基板预热；

打印，将用于增材制造的数据文件导入到金属打印机，选择打印参数，开启激光器打印，金属打印机将输送到设备的高温合金金属粉末，根据一体化火焰筒零件三维模型数据所编制的程序，沿支承杆到火焰筒尾部方向进行铺粉、烧结，金属打印机层层打印而将火焰筒筒体、各进气孔、各气膜冷却孔、各气膜舌片一次性整体打印成型，并固化定型；以及

后处理，将带基板的火焰筒筒体由金属打印机中取出，并进行热处理，再将火焰筒筒体与基板分离，去除支撑结构，并进行打磨精整处理。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的火焰筒的制备工艺仅仅是能够采用本发明原理的许多种火焰筒的制备工艺中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的火焰筒的制备工艺的任何细节或任何步骤。

综上所述，本发明提出的火焰筒的内环壁、外环壁、头部、支承杆以及支撑结构为一体结构。并且，内环壁与同侧的外环壁的间距在轴向上由前至后渐增，而使燃气流道的截面宽度由前至后渐增。通过上述设计，本发明提出的火焰筒在不增加径向最大尺寸及轴向长度的前提下，采用内环壁与外环壁的间距渐变的设计，实现内腔的变流道截面设计，据此能够降低燃烧室参考速度、增加燃气停留时间、提高燃烧效率。再者，本发明提出的火焰筒利用一体化结构的设计，减少了零件数量，提高了集成化程度，取消了多处焊接工艺，消除了制造过程中焊接对零件造成的变形。

本发明提出的火焰筒的制备工艺采用增材制造工艺实现上述一体化结构的制备，增大了零件的刚性，降低了零件易变形的风险，缩短了制造周期、降低了制造成本和制造精度的分散性。

另外，申请人已对本发明提出的火焰筒开展了数值模拟计算，结果表明本发明能够降低燃烧室参考速度、增加燃气停留时间、提高燃烧效率、改善火焰筒局部高温热斑、降低火焰筒壁温梯度。

以上详细地描述和/或图示了本发明提出的火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺的示例性实施方式。但本发明的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的火焰筒、微型涡喷发动机及火焰筒的制备工艺进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。

Claims (10)

1.一种火焰筒，所述火焰筒的筒体包含内环壁和外环壁，所述内环壁与所述外环壁之间具有燃气流道，所述内环壁的前端与所述外环壁的前端之间设置有头部，所述头部的前端经由支承杆连接于一扩压器，所述外环壁的后端设置有支撑结构，所述支撑结构的后端和所述内环壁的后端连接于一燃气涡轮导向器；其特征在于：

所述内环壁、所述外环壁、所述头部、所述支承杆以及所述支撑结构为一体结构；

所述内环壁与同侧的所述外环壁的间距在轴向上由前至后渐增，而使所述燃气流道的截面宽度由前至后渐增。

2.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述外环壁呈圆柱面状，所述内环壁呈圆锥面状。

3.根据权利要求2所述的火焰筒，其特征在于，在所述火焰筒的轴向截面图形中，所述外环壁所在直线与所述内环壁所在直线之间具有夹角，所述夹角为5°～7.5°。

4.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述内环壁开设有多组气膜冷却孔，所述多组气膜冷却孔沿轴向间隔布置，同组的多个所述气膜冷却孔沿周向间隔布置，所述内环壁的内表面设置有多个气膜舌片，每个所述气膜舌片沿周向布置并呈环状结构，所述多个气膜舌片分别对应于多组所述气膜冷却孔；所述外环面开设有多组气膜冷却孔，所述多组气膜冷却孔沿轴向间隔布置，同组的多个所述气膜冷却孔沿周向间隔布置，所述外环面的内表面设置有多个气膜舌片，每个所述气膜舌片沿周向布置并呈环状结构，所述多个气膜舌片分别对应于多组所述气膜冷却孔。

5.根据权利要求4所述的火焰筒，其特征在于，所述气膜舌片通过连接部连接于所述内环壁的内表面或者所述外环面的内表面，且所述连接部位于所述气膜冷却孔在轴向上的前侧，所述气膜舌片相对所述连接部向后弯折延伸，且所述气膜舌片相间隔地位于所述气膜冷却孔的上方。

6.根据权利要求5所述的火焰筒，其特征在于，所述内环壁的壁厚为0.6mm～0.8mm；和/或，所述外环壁的壁厚为0.6mm～0.8mm；和/或，所述气膜冷却孔的孔径为0.9mm～1.5mm；和/或，所述气膜舌片的长度为4.5mm～5.5mm；和/或，所述气膜舌片与所述气膜冷却孔的间距为1mm～1.5mm。

7.根据权利要求1所述的火焰筒，其特征在于，所述支承杆外周设置有弹簧；其中，所述头部经由所述支承杆连接于所述扩压器时，所述弹簧的两端分别抵顶于所述头部和所述扩压器。

8.根据权利要求7所述的火焰筒，其特征在于，所述弹簧的长度与所述支承杆的长度的比值为1.2～1.5；和/或，所述弹簧的直径与所述支承杆的直径的比值为1.2～1.4。

9.一种微型涡喷发动机，包含扩压器、燃烧室以及燃气涡轮导向器，所述燃烧室包含火焰筒；其特征在于，所述火焰筒为权利要求1～8任一项所述的火焰筒，所述火焰筒的所述头部的前端连接于所述扩压器，所述火焰筒的所述支撑结构的后端和所述内环壁的后端连接于所述燃气涡轮导向器。

10.一种火焰筒的制备工艺，其特征在于，用以制备权利要求1～8任一项所述的火焰筒，所述火焰筒的制备工艺包含以下步骤：

模型处理，根据尺寸公差要求，在专用软件中对一体化火焰筒的筒体三维模型增加余量和支撑结构进行处理，随后输出可用于增材制造的数据文件；

设备准备，在金属打印机中安装不锈钢基板，在设备内充入保护气体，开启基板预热；

打印，将用于增材制造的数据文件导入到金属打印机，选择打印参数，开启激光器打印，金属打印机将输送到设备的高温合金金属粉末，根据一体化火焰筒零件三维模型数据所编制的程序，沿支承杆到火焰筒尾部方向进行铺粉、烧结，金属打印机层层打印而将火焰筒筒体、各进气孔、各气膜冷却孔、各气膜舌片一次性整体打印成型，并固化定型；以及

后处理，将带基板的火焰筒筒体由金属打印机中取出，并进行热处理，再将火焰筒筒体与基板分离，去除支撑结构，并进行打磨精整处理。

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