CN114822208A - 一种头部结构一体化的环形燃烧室模型及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种头部结构一体化的环形燃烧室模型及装配方法，燃烧室模型包括燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、火焰筒外壳、火焰筒内壳和火焰筒头部。本发明发动机零部件结构特征明显，在满足高精细度的前提下，实现了对于火焰筒头部的低成本分体打印与组合结构；既实现了生产制造，同时保留了具体结构特征，并简化了用户装配难度，解决了传统低成本航空发动机燃烧室模型细节过少无法满足教学需求，体积过小难以展示等问题。

Description

一种头部结构一体化的环形燃烧室模型及装配方法
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种头部结构一体化的环形燃烧室模型及装配方法。
背景技术
由于航空发动机燃烧室结构复杂性，现有航空发动机实体模型无法兼顾结构精细与成本低廉。现有各类航空发动机燃烧室实体模型在实现结构精细化时成本难以控制，且无特殊工具时往往不易拆装；在低成本要求下又难以兼顾结构精细度，由此丧失了模型应有的展示效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种头部结构一体化的环形燃烧室模型及装配方法，该发明在低成本条件下实现了对于航空发动机燃烧室典型结构的精细化体现，具有极好的展示价值，同时具有简化的装配流程，易加工制造。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种头部结构一体化的环形燃烧室模型，包括燃烧室外机匣、燃烧室内机匣、火焰筒外壳、火焰筒内壳和火焰筒头部；
所述燃烧室外机匣包括锥筒形结构的燃烧室外机匣本体以及设在燃烧室外机匣本体前部内侧的环形扩压器，且该环形扩压器外壁与燃烧室外机匣本体内壁之间通过外连接环连为一体，在环形扩压器内壁设有内连接环以与燃烧室内机匣相连；
所述燃烧室内机匣为锥筒形结构，燃烧室内机匣位于燃烧室外机匣内部，燃烧室内机匣的前端环形安装边与所述内连接环后端的环形安装边相连，燃烧室内机匣的后端环形安装边用以与高压涡轮的进口导向器相连；
所述火焰筒外壳、火焰筒头部和火焰筒内壳均设在燃烧室外机匣和燃烧室内机匣之间的环空内；火焰筒外壳的后端环形安装边通过外支撑环与燃烧室外机匣内壁相连，火焰筒外壳的前端安装边与火焰筒头部的外圈相连；火焰筒内壳的后端环形安装边通过内支撑环与燃烧室内机匣外壁相连，火焰筒内壳的前端安装边与火焰筒头部的内圈相连；
所述火焰筒头部包括外圈、内圈、安装环和旋流组件；所述安装环设在外圈的后端和内圈的后端之间，安装环上设有多个安装孔，旋流组件安装在安装孔处；外圈的前端和内圈的前端之间的环隙与环形扩压器相对。
本发明海报如下技术特征：
具体的，所述燃烧室外机匣的前端为燃烧室前端外环形安装边，外连接环前端设有燃烧室前端内环形安装边，燃烧室前端外环形安装边和燃烧室前端内环形安装边上连有封严挡圈；燃烧室外机匣的后部安装边用以连接高压涡轮。
具体的，所述环形扩压器包括扩压器内环、扩压器外环以及连在扩压器内环和扩压器外环之间的扩压器叶片；外连接环设在扩压器外环外壁，内连接环设在扩压器内环内壁，且扩压器、内连接环、外连接环及燃烧室外机匣本体为一体式结构；外连接环和内连接环之间的环隙为扩口状环隙。
具体的，所述火焰筒外壳为锥筒形轮廓，火焰筒外壳侧壁为多级环形台阶结构，在每级环形台阶上设有一组沿周向均布的通孔；所述外支撑环支撑在火焰筒外壳和燃烧室外机匣之间。
具体的，所述火焰筒内壳为锥筒形轮廓，火焰筒内壳侧壁为多级环形台阶结构，在每级环形台阶上设有一组沿周向均布的通孔；所述内支撑环支撑在火焰筒内壳和燃烧室内机匣之间，内支撑环与燃烧室内机匣后部之间通过螺栓连接。
具体的，所述火焰筒头部的外圈和安装环之间通过火焰筒头部支撑环I相连，火焰筒头部的内圈和安装环之间通过火焰筒头部支撑环II相连。
具体的，所述旋流组件包括均设有中心通孔的主旋流器、文氏管、副旋流器、内套筒和外套筒；
所述主旋流器、文氏管和副旋流器位于安装环前侧，内套筒和外套筒位于安装环后侧；副旋流器的副旋流器外环安装在安装环上的安装孔内，文氏管装在副旋流器上，主旋流器装在文氏管上，内套筒安装在副旋流器的副旋流器内环内壁，外套筒套在内套筒外且外套筒装在副旋流器内环外壁。
具体的，所述主旋流器包括柱形且中心通孔的主旋流器本体以及设在主旋流器本体端部的主旋流器环形边缘；在主旋流器本体侧壁设有多个通孔且该通孔贯通至主旋流器环形边缘；
所述文氏管包括文氏管内环和文氏管内环端部的文氏管环形边缘；主旋流器环形边缘与文氏管环形边缘相对并紧贴；
所述副旋流器包括副旋流器环面I、副旋流器环面II、设在副旋流器环面I和副旋流器环面II之间的旋流叶片、连在副旋流器环面II一侧的副旋流器内环和副旋流器外环；副旋流器外环位于副旋流器内环外；文氏管环形边缘与旋流器环面I相对并紧贴；
所述外套筒和内套筒均为喇叭状结构。
一种头部结构一体化的环形燃烧室模型的装配方法，包括以下步骤：
步骤1，将火焰筒头部进行连接固定，之后将火焰筒头部与火焰筒外壳、火焰筒内壳分别连接，共同组成火焰筒整体；
步骤2，将内支撑环与燃烧室内机匣连接固定，并将燃烧室内机匣后端连接高压涡轮模型的涡轮进口导向器；
步骤3，安装燃烧室外机匣，燃烧室外机匣依次连接燃烧室内机匣、外支撑环、高压涡轮模型；
步骤4，将封严挡圈与燃烧室外机匣相连，同时实现燃烧室与高压压气机模型的连接；从而完成头部结构一体化的环形燃烧室模型的装配。
本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：
(1)本发明在满足3D打印能力的前提下，实现了对于火焰筒头部的分体打印与组合结构，既实现了生产制造，同时保留了具体结构特征，并简化了用户装配难度，具有极好的教学展示价值。
(2)本发明旋流器结构通过自主创新设计，对零件组合模式、装配部分结构设计、叶片结构、流道形态等均进行了创造性设计，各零件结构及装配方案均适用于3D打印，实现了利用3D打印实现小尺寸旋流器的设计。
(3)本发明火焰筒外壳外支撑环改用螺栓结构与燃烧室外机匣连接，极大减少了对材料强度的需求，火焰筒与机匣连接对材料强度要求高，该设计可将对材料的强度要求利用螺栓进行径向固定，实现火焰筒整体与机匣的定位与固定，相比于真实发动机的固定方式，该方案具有极大的创新性，更适用于3D模型零件固定。
(4)本发明火焰筒外壳外支撑环改用螺栓结构与外机匣连接，实现了重复便捷的装配设计，对于模型应具有易拆装的特点，该设计可以在保留原有结构特点的前提下，利用低成本3D打印，亦可实现高还原火焰筒的重复拆装，相比于市面上其它发动机模型不可拆装且简化的火焰筒结构，具有极强的技术创新性。
(5)本发明对于火焰筒外机匣与其它部位连接端面，需要通过外加螺栓的方案固定，为保证在封闭空间内，螺母的定位与固定，对安装边进行了创造性设计，通过沉孔结构粘接固定螺母，可保证装配另一端部位时，密封空间内该位置有稳定的螺纹结构供螺栓连接，不需工装，避免使用复杂工具，装配难度极大简化，解决了普通工具难以装配的问题。
附图说明
图1为本发明整体结构剖面图；
图2为本发明整体结构示意图；
图3为本发明燃烧室外机匣示意图；
图4为本发明燃烧室内机匣示意图；
图5为本发明火焰筒外壳与外支撑环示意图；
图6为本发明火焰筒内壳与内支撑环示意图；
图7为本发明火焰筒头部剖面示意图；
图8为本发明火焰筒头部示意图；
图9为本发明旋流组件示意图。
图中各个标号的含义为：
1.燃烧室外机匣，2.燃烧室内机匣，3.火焰筒外壳，4.火焰筒内壳，5.火焰筒头部，6.外支撑环，7.内支撑环，8.封严挡圈；11.燃烧室外机匣本体，12.环形扩压器，13.外连接环，14.内连接环，12-1.扩压器内环，12-2.扩压器外环，12-3.扩压器叶片，51.外圈，52.内圈，53.安装环，54.旋流组件，55.火焰筒头部支撑环I，56.火焰筒头部支撑环II，53-1.安装孔，54-1.主旋流器，54-2.文氏管，54-3.副旋流器，54-4.内套筒，54-5.外套筒。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例是一种头部结构一体化的环形燃烧室模型，实现了对现代发动机环形燃烧室典型结构的高精细度还原。本实施例所涉及零件在应用光固化3D打印加工工艺条件下均能够加工并具有足够强度。本实施例所述一种头部结构一体化的环形燃烧室模型能够与其它部位模型组合，包括高压压气机模型、高压涡轮模型和低压涡轮模型。
如图1至图9所示，本实施例给出一种头部结构一体化的环形燃烧室模型，包括燃烧室外机匣1、燃烧室内机匣2、火焰筒外壳3、火焰筒内壳4和火焰筒头部5；
燃烧室外机匣1包括锥筒形结构的燃烧室外机匣本体11以及设在燃烧室外机匣本体11前部内侧的环形扩压器12，且该环形扩压器12外壁与燃烧室外机匣本体11内壁之间通过外连接环13连为一体，在环形扩压器12内壁设有内连接环14以与燃烧室内机匣2相连；在本实施例中，燃烧室内机匣2的前端安装边与内连接环14之间通过螺栓连接以实现燃烧室内机匣的固定与轴向定位；
燃烧室内机匣2为锥筒形结构，燃烧室内机匣2位于燃烧室外机匣1内部，燃烧室内机匣2的前端环形安装边与内连接环14后端的环形安装边相连，燃烧室内机匣2的后端环形安装边用以与高压涡轮的进口导向器相连；在本实施例中，燃烧室内机匣的后端环形安装边与高压涡轮的进口导向器之间通过螺栓连接；
火焰筒外壳3、火焰筒头部5和火焰筒内壳4均设在燃烧室外机匣1和燃烧室内机匣2之间的环空内；火焰筒外壳3的后端环形安装边通过外支撑环6与燃烧室外机匣1内壁相连，火焰筒外壳3的前端安装边与火焰筒头部5的外圈51相连；火焰筒内壳4的后端环形安装边通过内支撑环7与燃烧室内机匣2外壁相连，火焰筒内壳4的前端安装边与火焰筒头部5的内圈52相连；
火焰筒头部5包括外圈51、内圈52、安装环53和旋流组件54；安装环53设在外圈51的后端和内圈52的后端之间，安装环53上设有多个安装孔53-1，旋流组件54安装在安装孔53-1处；外圈51的前端和内圈52的前端之间的环隙与环形扩压器12相对。
本实施例中，燃烧室外机匣侧壁设有多段加强筋用以保障机匣薄壁的刚度，环形扩压器两端具有加强筋保证刚度特性；火焰筒整体沿轴向分布有内外各五级冷却孔，具有气膜式冷却火焰筒的结构特征，上述火焰筒内壳与火焰筒外壳侧壁具有气流掺混孔。
燃烧室外机匣1的前端为燃烧室前端外环形安装边，外连接环13前端设有燃烧室前端内环形安装边，燃烧室前端外环形安装边和燃烧室前端内环形安装边上连有封严挡圈8；燃烧室外机匣1的后部安装边用以连接高压涡轮。
环形扩压器12包括扩压器内环12-1、扩压器外环12-2以及连在扩压器内环12-1和扩压器外环12-2之间的扩压器叶片12-3；外连接环13设在扩压器外环12-2外壁，内连接环14设在扩压器内环12-1内壁，且环形扩压器12、内连接环14、外连接环13及燃烧室外机匣本体11为一体式结构；外连接环13和内连接环14之间的环隙为扩口状环隙。
火焰筒外壳3为锥筒形轮廓，火焰筒外壳3侧壁为多级环形台阶结构，在每级环形台阶上设有一组沿周向均布的通孔；外支撑环6支撑在火焰筒外壳3和燃烧室外机匣1之间，本实施例中，外支撑环与燃烧室外机匣内表面通过螺栓连接。
火焰筒内壳4为锥筒形轮廓，火焰筒内壳4侧壁为多级环形台阶结构，在每级环形台阶上设有一组沿周向均布的通孔；内支撑环7支撑在火焰筒内壳4和燃烧室内机匣2之间，内支撑环7与燃烧室内机匣2后部之间通过螺栓连接；进一步的，内支撑环和外支撑环分别与火焰筒内壳和火焰筒外壳连接成为整体。
火焰筒头部5的外圈51和安装环53之间通过火焰筒头部支撑环I55相连，火焰筒头部5的内圈52和安装环53之间通过火焰筒头部支撑环II56相连。
旋流组件54包括均设有中心通孔的主旋流器54-1、文氏管54-2、副旋流器54-3、内套筒54-4和外套筒54-5；
主旋流器54-1、文氏管54-2和副旋流器54-3位于安装环53前侧，内套筒54-4和外套筒54-5位于安装环53后侧，在本实施例中，主旋流器54-1、文氏管54-2和副旋流器54-3通过粘合连接，内套筒54-4和外套筒54-5与副旋流器粘合连接，实现火焰筒头部的组装与固定；副旋流器54-3的副旋流器外环安装在安装环53上的安装孔53-1内，文氏管54-2装在副旋流器54-3上，主旋流器54-1装在文氏管54-2上，内套筒54-4安装在副旋流器54-3的副旋流器内环内壁，外套筒54-5套在内套筒54-4外且外套筒54-5装在副旋流器54-3内环外壁。
主旋流器54-1包括柱形且中心通孔的主旋流器本体以及设在主旋流器本体端部的主旋流器环形边缘；在主旋流器本体侧壁设有多个通孔且该通孔贯通至主旋流器环形边缘；
文氏管54-2包括文氏管内环和文氏管内环端部的文氏管环形边缘；主旋流器环形边缘与文氏管环形边缘相对并紧贴；
副旋流器54-3包括副旋流器环面I、副旋流器环面II、设在副旋流器环面I和副旋流器环面II之间的旋流叶片、连在副旋流器环面II一侧的副旋流器内环和副旋流器外环；副旋流器外环位于副旋流器内环外；文氏管环形边缘与旋流器环面I相对并紧贴；
外套筒54-5和内套筒54-4均为喇叭状结构。
燃烧室外机匣为整体式扩压机匣，燃烧室外机匣前安装边通过与高压压气机模型相连，燃烧室内机匣后安装边与高压涡轮模型及低压涡轮模型相连，实现一种头部结构一体化的环形燃烧室模型与高压压气机模型、高压涡轮模型、低压涡轮模型的连接定位。
本实施例中的燃烧室模型能与风扇模型、高压涡轮模型、低压涡轮模型和高压压气机模型进行可拆卸的组合安装以得到一种教学用航空发动机模型；具体的，风扇模型的中介机匣与高压压气机模型的外机匣前端相连，风扇模型的高压转子传动件设在高压压气机模型的第一级动叶叶盘和第二级动叶叶盘之间，高压压气机模型的外机匣和内机匣后端与燃烧室模型的外机匣前端相连，燃烧室模型的外机匣和内机匣后端与高压涡轮模型相连，高压压气机模型的第三级动叶叶盘的后端与高压涡轮模型的高压轴联轴器相连，高压涡轮模型后端的导向器与低压涡轮模型相连，高压涡轮模型的机匣后端与低压涡轮机匣前端相连。
实施例2：
本实施例提供一种头部结构一体化的环形燃烧室模型的装配方法，包括以下步骤：
步骤1，将火焰筒头部进行连接固定，之后将火焰筒头部与火焰筒外壳、火焰筒内壳分别连接，共同组成火焰筒整体；
步骤2，将内支撑环与燃烧室内机匣连接固定，并将燃烧室内机匣后端连接高压涡轮模型的涡轮进口导向器；
步骤3，安装燃烧室外机匣，燃烧室外机匣依次连接燃烧室内机匣、外支撑环、高压涡轮模型；
步骤4，将封严挡圈与燃烧室外机匣相连，同时实现燃烧室与高压压气机模型的连接；从而完成头部结构一体化的环形燃烧室模型的装配。

Claims (9)

1.一种头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，包括燃烧室外机匣(1)、燃烧室内机匣(2)、火焰筒外壳(3)、火焰筒内壳(4)和火焰筒头部(5)；
所述燃烧室外机匣(1)包括锥筒形结构的燃烧室外机匣本体(11)以及设在燃烧室外机匣本体(11)前部内侧的环形扩压器(12)，且该环形扩压器(12)外壁与燃烧室外机匣本体(11)内壁之间通过外连接环(13)连为一体，在环形扩压器(12)内壁设有内连接环(14)以与燃烧室内机匣(2)相连；
所述燃烧室内机匣(2)为锥筒形结构，燃烧室内机匣(2)位于燃烧室外机匣(1)内部，燃烧室内机匣(2)的前端环形安装边与所述内连接环(14)后端的环形安装边相连，燃烧室内机匣(2)的后端环形安装边用以与高压涡轮的进口导向器相连；
所述火焰筒外壳(3)、火焰筒头部(5)和火焰筒内壳(4)均设在燃烧室外机匣(1)和燃烧室内机匣(2)之间的环空内；火焰筒外壳(3)的后端环形安装边通过外支撑环(6)与燃烧室外机匣(1)内壁相连，火焰筒外壳(3)的前端安装边与火焰筒头部(5)的外圈(51)相连；火焰筒内壳(4)的后端环形安装边通过内支撑环(7)与燃烧室内机匣(2)外壁相连，火焰筒内壳(4)的前端安装边与火焰筒头部(5)的内圈(52)相连；
所述火焰筒头部(5)包括外圈(51)、内圈(52)、安装环(53)和旋流组件(54)；所述安装环(53)设在外圈(51)的后端和内圈(52)的后端之间，安装环(53)上设有多个安装孔(53-1)，旋流组件(54)安装在安装孔(53-1)处；外圈(51)的前端和内圈(52)的前端之间的环隙与环形扩压器(12)相对。
2.如权利要求1所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述燃烧室外机匣(1)的前端为燃烧室前端外环形安装边，外连接环(13)前端设有燃烧室前端内环形安装边，燃烧室前端外环形安装边和燃烧室前端内环形安装边上连有封严挡圈(8)；燃烧室外机匣(1)的后部安装边用以连接高压涡轮。
3.如权利要求1所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述环形扩压器(12)包括扩压器内环(12-1)、扩压器外环(12-2)以及连在扩压器内环(12-1)和扩压器外环(12-2)之间的扩压器叶片(12-3)；外连接环(13)设在扩压器外环(12-2)外壁，内连接环(14)设在扩压器内环(12-1)内壁，且环形扩压器(12)、内连接环(14)、外连接环(13)及燃烧室外机匣本体(11)为一体式结构；外连接环(13)和内连接环(14)之间的环隙为扩口状环隙。
4.如权利要求1所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述火焰筒外壳(3)为锥筒形轮廓，火焰筒外壳(3)侧壁为多级环形台阶结构，在每级环形台阶上设有一组沿周向均布的通孔；所述外支撑环(6)支撑在火焰筒外壳(3)和燃烧室外机匣(1)之间。
5.如权利要求1所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述火焰筒内壳(4)为锥筒形轮廓，火焰筒内壳(4)侧壁为多级环形台阶结构，在每级环形台阶上设有一组沿周向均布的通孔；所述内支撑环(7)支撑在火焰筒内壳(4)和燃烧室内机匣(2)之间，内支撑环(7)与燃烧室内机匣(2)后部之间通过螺栓连接。
6.如权利要求1所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述火焰筒头部(5)的外圈(51)和安装环(53)之间通过火焰筒头部支撑环I(55)相连，火焰筒头部(5)的内圈(52)和安装环(53)之间通过火焰筒头部支撑环II(56)相连。
7.如权利要求1所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述旋流组件(54)包括均设有中心通孔的主旋流器(54-1)、文氏管(54-2)、副旋流器(54-3)、内套筒(54-4)和外套筒(54-5)；
所述主旋流器(54-1)、文氏管(54-2)和副旋流器(54-3)位于安装环(53)前侧，内套筒(54-4)和外套筒(54-5)位于安装环(53)后侧；副旋流器(54-3)的副旋流器外环安装在安装环(53)上的安装孔(53-1)内，文氏管(54-2)装在副旋流器(54-3)上，主旋流器(54-1)装在文氏管(54-2)上，内套筒(54-4)安装在副旋流器(54-3)的副旋流器内环内壁，外套筒(54-5)套在内套筒(54-4)外且外套筒(54-5)装在副旋流器(54-3)内环外壁。
8.如权利要求7所述的头部结构一体化的环形燃烧室模型，其特征在于，所述主旋流器(54-1)包括柱形且中心通孔的主旋流器本体以及设在主旋流器本体端部的主旋流器环形边缘；在主旋流器本体侧壁设有多个通孔且该通孔贯通至主旋流器环形边缘；
所述文氏管(54-2)包括文氏管内环和文氏管内环端部的文氏管环形边缘；主旋流器环形边缘与文氏管环形边缘相对并紧贴；
所述副旋流器(54-3)包括副旋流器环面I、副旋流器环面II、设在副旋流器环面I和副旋流器环面II之间的旋流叶片、连在副旋流器环面II一侧的副旋流器内环和副旋流器外环；副旋流器外环位于副旋流器内环外；文氏管环形边缘与旋流器环面I相对并紧贴；
所述外套筒(54-5)和内套筒(54-4)均为喇叭状结构。
9.一种头部结构一体化的环形燃烧室模型的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将火焰筒头部进行连接固定，之后将火焰筒头部与火焰筒外壳、火焰筒内壳分别连接，共同组成火焰筒整体；
步骤2，将内支撑环与燃烧室内机匣连接固定，并将燃烧室内机匣后端连接高压涡轮模型的涡轮进口导向器；
步骤3，安装燃烧室外机匣，燃烧室外机匣依次连接燃烧室内机匣、外支撑环、高压涡轮模型；
步骤4，将封严挡圈与燃烧室外机匣相连，同时实现燃烧室与高压压气机模型的连接；从而完成头部结构一体化的环形燃烧室模型的装配。
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