CN112923398B - 一种加力燃烧室防振隔热屏 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加力燃烧室防振隔热屏，涉及航空发动机技术领域。所述隔热屏，由内外两种不同结构的隔热板组成。外侧隔热板上沿圆周均匀分布了三排按照三角分布的菱形气孔，为内部注入了沿轴向流动的冷空气。内侧隔热板由8个内凹型板按45°角相连，隔热板正反两面以及接口侧面设计了不同尺寸、走向的气膜孔。沿外壁气孔流入的冷空气通过中心气膜孔在内壁面上形成气膜，减小热负荷并降低了高温燃气对加力燃烧室壁面的热冲蚀；而流入四周以及侧面的璧内冷却通道的冷空气，通过对流换热有效地控制了内壁温。双层壁结构以及密集气孔使得内壁面凹凸不平，改善了声波在加力燃烧室中的传播，防止了振荡燃烧。

Description

一种加力燃烧室防振隔热屏

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体涉及一种加力燃烧室防振隔热屏。

背景技术

航空发动机是现代工业成果的结晶，加力燃烧室更是其中的重要部件，其主要功用是利用燃烧室排气中的剩余氧气量，重新喷入燃油进行燃烧，进一步提高涡轮前进口温度，从而获得额外推力，提高飞行机动性，增强作战性能。现代军用航空发动机加力燃烧室一般都要求高温升，加力燃烧室作为高温部件，其核心流温度通常可达到2000K以上，故此为了保护部件不在高温下变形甚至烧蚀，需要对加力燃烧室外壁采用有效的冷却措施，保证具有足够的可靠性和使用寿命；同时加力燃烧室在燃料燃烧的过程中，也会产生一些问题，如振荡燃烧现象。振荡燃烧出现时会伴随放热量和压力的大幅振荡，产生巨大噪声，导致燃烧装置剧烈震动造成系统部件的损伤破坏。一般来讲，当扰动达到化学反应释放能量时，所产生的压力脉动的振幅就相当于燃烧室平均压力峰值振幅，这种大幅度的压力脉动很容易导致结构的严重性破坏，使得燃烧室燃烧稳定性下降，严重时会引起熄火，对燃烧室以及飞行器产生灾难性的影响。

目前，国际上通常采用隔热屏装置将高温燃气与燃烧室筒体隔开，在隔离高温燃气与筒体的同时起到一定抑制振荡燃烧的作用，此外，采用高效的冷却技术如离散冷却、层板冷却、全气膜冷却等对隔热屏进行冷却。随着航空发动机增推装置的新进展，未来高推重比发动机加力燃烧室热负荷将进一步增大，对发动机的耐久性也提出了进一步的要求。

燃烧强度较高的先进高性能燃气涡轮发动机对加力隔热屏的设计提出了更高要求，由于加力燃烧室的冷却空气是从发动机压气机抽取的，而这种引气会降低发动机的热效率和推力，因此在设计高性能加力燃烧室时，要实现以尽可能少的冷却空气量实现尽可能高的冷却效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种加力燃烧室防振隔热屏。与现有的技术结构相比，本发明的优点是运用了双层壁面气膜冷却的技术。内壁的材料由耐高温消音材料制造而成，增加了加力燃烧室与外壁面的热阻从而降低了高温燃气对外壳的热蚀。外壁上所设计的菱形进气孔引入冷空气，进一步降低内外壁面传热的同时也为内壁面的气膜冷却提供冷源。内壁由8块内凹隔热板拼接而成，隔热板上的新型气膜孔不仅在内壁面形成气膜冷却，而且由壁内冷却通道进入隔热板内部的冷流降低内部温度；气膜孔与材料本身的消声性能相互作用吸收压力脉动的振荡能量，从而提升发动机寿命。

技术方案

本发明的目的在于提供一种加力燃烧室防振隔热屏，它能够有效降低加力燃烧室壁面温度，在减小热蚀危害的同时防止了振荡燃烧的发生。

本发明技术方案如下：

一种加力燃烧室防振隔热屏，包括内壁和外壁。

所述隔热屏内壁，其特征在于：内壁沿气流走向在侧面相接处设置了8个直径3㎜的璧内冷却通道，与气膜孔错开了一定角度，防止隔热板拼接处过热导致内壁解体；内壁面内凹处设置了气膜孔每5个成一组，中心气膜孔将隔热板贯穿起到气膜冷却的左右；周围4孔并未贯穿内板，而是在板内形成90°的转角向四周延伸，每块板上大约有16组气膜孔，其中中心孔孔径为4mm，冷却通道孔径为2.5mm,二者共同作用使内壁承受住加力火焰的高温。

所述隔热屏外壁，其特征在于：在内凹板对应位置，绕外筒按45°角均匀设计了三排三角形分布的菱形气孔，气孔的每条边长大约25毫米。从这些气孔流入的冷空气除了提高内外壁传热热阻还为内壁面的气膜冷却提供了冷源。

本发明具有以下有益效果：

本发明为一种加力燃烧室防振隔热屏，该隔热屏外壁上设计了菱形气孔，一方面可以降低内外壁传热系数减小外壁热负荷；另一方面为内壁面的气膜冷却提供冷流；同时该隔热屏内壁具有气膜孔，可在内壁面形成冷却气膜，在内壁里的冷却通道进行对流换热带走传入的热量，有效降低壁温；而且由于内凹板的八角形分布以及新型气膜孔，降低了从压气机的冷空气抽取可以有效地提升发动机性能；本发明中的新型气膜孔配合内热板的消音性能，可以吸收压力脉动的振荡能量，有利于提高发动机寿命。

附图说明

图1：一种加力燃烧室防振隔热屏整体示意图

图2：一种加力燃烧室防振隔热屏外壁主视图

图3：一种加力燃烧室防振隔热屏内壁主视图

图4：本发明内壁面一组气膜孔放大图

图5：本发明内壁面一组气膜孔剖视图

图中：1、外壁，2、菱形气孔，3、内壁，4、气膜孔，5、侧面冷却通道，6、中心气膜孔，7、璧内冷却通道。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1、图2、图3、图4、图5，本发明为一种加力燃烧室防振隔热屏，能够有效降低加力燃烧室壁面温度，防止热蚀以及振荡燃烧。图1为一种加力燃烧室防振隔热屏整体示意图；图2为一种加力燃烧室防振隔热屏外壁主视图，包括隔热屏外壁(1)、菱形气孔(2)；图3为一种加力燃烧室防振隔热屏内壁主视图，可以看到内壁(3)、气膜孔(4)、侧面冷却通道(5)；图4为本发明内壁面一组气膜孔放大图，可以清晰地看到中心气膜孔(6)以及璧内冷却通道(7)；图5为本发明内壁面一组气膜孔剖视图。

所述防振隔热屏具有双层壁结构，隔热屏外壁(1)长度大于内壁(2)为了采用套筒的方式固定内外双壁，而且外壁上的菱形气孔(2)也是对应内壁八角形以45度角均匀分布在外壁(1)上，之所以采用菱形孔是为了让冷流进入系统内的量由小增大，因为尾部的火焰温度比前端高，这样可以保证内壁(3)的安全；内壁(3)形状为内凹的隔热板，呈八角形连接而成，隔热板的材料以及表面气孔结构吸收了燃烧室产生的振荡能量，从而防止了振荡燃烧的发生；内壁(3)上开有数组气膜孔(4)，每排气膜孔间距在五倍气膜孔直径左右，其中中心气膜孔(6)的作用是为了在燃气侧壁面形成冷却气膜，减小壁面所承受的热负荷，还可以防止高温燃气对壁面造成热冲蚀提高发动机寿命；而璧内冷却通道(7)通过对流换热带走内壁内部的热量，可以有效地降低内壁温度；隔热板相接处设置了侧面冷却通道(5)，降低了接口处的温度也防止了在高温下热胀使得内壁解体。

Claims (3)

1.一种加力燃烧室防振隔热屏，包括内外双层壁结构，其特征在于：内壁由八块隔热板按45°角呈八角形拼接而成，该隔热板为内凹耐热防振板；隔热板相接处与外壁相距20㎜，而隔热板壁面波谷处与外壁相距40㎜，从而形成拱形的冷空气通道；且外壁对应内凹板处位置，绕外筒按45°角均匀设计了3排三角分布的菱形气孔，气孔边长为25㎜；内壁沿气流走向在侧面相接处设置了8个直径3㎜的侧面冷却通道，防止隔热板拼接处过热导致内壁解体，内壁面内凹处设置了气膜孔每5个成一组，中心气膜孔将隔热板贯穿起到气膜冷却的作用；周围4孔并未贯穿内板，而是在板内形成90°的转角向四周延伸构成璧内冷却通道，二者共同作用使内壁承受住加力火焰的高温。

2.根据权利要求1所述的一种加力燃烧室防振隔热屏，其特征在于：每块内板上有16组气膜孔，其中中心气膜孔直径为4㎜而周围4孔孔径为2.5㎜，气孔之间间距在16到25㎜之间。

3.根据权利要求1所述的一种加力燃烧室防振隔热屏，其特征在于：隔热屏外壁呈圆筒状结构并且比内壁长度更长，故而可以采用套筒式安装法；整个防振隔热屏套在加力燃烧室上，外壁与涡轮处外壳相连接，内壁与加力筒体相连接。

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