CN115751381A - 一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机设计领域，为一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，包括同轴设置的加力燃烧室机匣、外层防振屏和内层防振屏；当加力燃烧室工作时，通过结构变化产生不同模态的燃烧脉动，通过外层防振屏上开设的外吸振孔和内层防振屏上开设的内吸振孔形成2种亥姆霍茨吸振腔体的结构；当内吸振孔对应外层防振屏的壁面时，其吸振腔体高度为双层防振屏间距“H1”，对应体积为“V1”，能够对f1频率的脉动具有明显的吸收效果；当内层防振屏的吸振孔与外层防振屏的吸振孔角向位置对应时，近似延长了吸振腔体，吸振腔体高度为“H1+H2”，能够对f2频率的脉动具有明显的吸收效果。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机设计领域，特别涉及一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏。
背景技术
加力燃烧室是军用飞机航空发动机的重要部件，能够短时间增加发动机推力，提高飞机的加速性及机动性。加力燃烧室作为航空发动机点火和组织燃烧的低压部件，在燃烧过程中容易发生燃烧脉动的现象，严重时会发展为振荡燃烧，危害硬件结构。它的产生与加力燃烧室本身固有声场模态和加力燃烧释热的耦合有关，其机理较为复杂。为减小加力燃烧脉动的影响，通常在加力燃烧室设置防振屏，通过其多孔薄壁结构与机匣共同组成多个类似亥姆霍兹吸振腔体的组合结构，以吸收脉动。
随着航空发动机加力燃烧室的发展，其结构变化带来了包括固有声场模态、燃油雾化、油珠蒸发、点火燃烧、湍流混合、火焰稳定器漩涡脱落等等改变，这些都会导致加力燃烧产生不同模态的燃烧脉动，且一般会同时产生多个频率波段的脉动，增加了使用风险。
传统的航空发动机加力燃烧室防振屏多为单层多孔薄壁结构，其结构特性决定了它只能通过调整开孔来对某一特定频率的脉动进行主动吸收，而对其他频率波段的脉动则无明显抑制效果，已无法满足先进航空发动机加力燃烧室对多频率波段脉动吸收的需求。
发明内容
本申请的目的是提供了一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，以解决现有航空发动机加力燃烧室无法对多频率波段进行脉动吸收的问题。
本申请的技术方案是：一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，包括同轴设置的加力燃烧室机匣、外层防振屏和内层防振屏；所述外层防振屏设于内层防振屏和燃烧室机匣之间，所述外层防振屏与加力燃烧室机匣之间形成外涵冷却通道，所述内层防振屏内侧为高温内涵通道；所述外层防振屏上开设有外吸振孔，所述内层防振屏上开设有内吸振孔，所述内吸振孔的数量大于外吸振孔的数量，一部分所述内吸振孔与外吸振孔径向对应设置，另一部分所述内吸振孔与外层防振屏的壁面对应设置，所述外层防振屏与内层防振屏之间形成第一吸振腔体，所述内层防振屏与加力燃烧室机匣之间形成第二吸振腔体；所述外层防振屏与加力燃烧室机匣之间连接有防振屏支架，所述外层防振屏与内层防振屏之间连接有防振屏支撑环。
优选地，所述外吸振孔与内吸振孔的直径相同，所述内吸振孔的数量为外吸振孔数量的一倍。
优选地，所述防振屏支架设于外层防振屏的前端和后端，所述防振屏支架沿着外层防振屏的周向间隔布置有多组，每组所述防振屏支架的均为梯形结构并且防振屏支架宽度较大的一侧与外层防振屏相连。
优选地，所述外层防振屏的轴向长度大于内层防振屏的轴向长度，所述防振屏支撑环设于内层防振屏的前端与后端，所述防振屏支撑环沿周向方向设置为波浪形圆环结构，所述防振屏支撑环沿轴向方向形成阶梯型结构。
优选地，所述外吸振孔的直径小于内吸振孔的直径。
本申请的一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，包括同轴设置的加力燃烧室机匣、外层防振屏和内层防振屏；当加力燃烧室工作时，通过结构变化产生不同模态的燃烧脉动，通过外层防振屏上开设的外吸振孔和内层防振屏上开设的内吸振孔形成2种亥姆霍茨吸振腔体的结构；当内吸振孔对应外层防振屏的壁面时，其吸振腔体高度为双层防振屏间距“H1”，对应体积为“V1”，能够对f1频率的脉动具有明显的吸收效果；当内层防振屏的吸振孔与外层防振屏的吸振孔角向位置对应时，近似延长了吸振腔体，吸振腔体高度为“H1+H2”，能够对f2频率的脉动具有明显的吸收效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构示意图；
图2为本申请防振屏截面结构示意图；
图3为本申请外吸振孔排布结构示意图；
图4为本申请内吸振孔排布结构示意图；
图5为本申请防振屏冷却气体流通结构示意图。
1、加力燃烧室机匣；2、外层防振屏；3、内层防振屏；4、防振屏支撑环；5、防振屏支架；6、外吸振孔；7、内吸振孔。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，通过设置双层壁间距以及机匣壁面的距离设计，使双层壁防振屏与机匣壁面共同形成2种类似海姆霍斯吸振腔体的组合结构，可吸收加力燃烧产生的2种频率波段的脉动。
如图1-2所示，包括同轴设置的加力燃烧室机匣1、外层防振屏2和内层防振屏3；外层防振屏2设于内层防振屏3和燃烧室机匣之间，外层防振屏2与加力燃烧室机匣1之间形成外涵冷却通道，内层防振屏3内侧为高温内涵通道。
结合图3-4，外层防振屏2上开设有外吸振孔6，内层防振屏3上开设有内吸振孔7，内吸振孔7的数量大于外吸振孔6的数量，一部分内吸振孔7与外吸振孔6径向对应设置，另一部分内吸振孔7与外层防振屏2的壁面对应设置，外层防振屏2与内层防振屏3之间形成第一吸振腔体，内层防振屏3与加力燃烧室机匣1之间形成第二吸振腔体。
外层防振屏2与加力燃烧室机匣1之间连接有防振屏支架5，外层防振屏2与内层防振屏3之间连接有防振屏支撑环4。
结合图5，当加力燃烧室工作时，通过结构变化产生不同模态的燃烧脉动，通过外层防振屏2上开设的外吸振孔6和内层防振屏3上开设的内吸振孔7形成2种亥姆霍茨吸振腔体的结构，通过公式(1)，可计算其相应的吸振频率：
式中，f为亥姆霍兹吸振腔吸振频率，Hz；c为当地声速；m/s；S为颈或开口截面积，m2；L为颈的长度，m；d为颈或开口的直径，m；V是腔体容积，m3。
当内吸振孔7对应外层防振屏2的壁面时，第一吸振腔体高度为双层防振屏间距“H1”，对应体积为“V1”。依据公式(1)可知，该吸振腔体可对频率
的脉动具有明显的吸收效果。
当内层防振屏3的吸振孔与外层防振屏2的吸振孔角向位置对应时，近似延长了第二吸振腔体，第二吸振腔体高度为“H1+H2”，其中H2为外层防振屏2与加力燃烧室机匣1的距离，第二吸振腔体体积为“V2”。依据公式(1)可知，该吸振腔体可对频率
的脉动具有明显的吸收效果。
通过调节双层壁防振屏壁厚、壁间距、开孔孔径、与加力燃烧室机匣1的距离以及开孔率等参数，可以针对加力燃烧室内存在的2种主要频率波段脉动同时进行主动吸收，从而减弱加力燃烧脉动的影响，有效避免加力振荡燃烧的发生。
防振屏支架5与加力燃烧室机匣1、外层防振屏2之间能够采用焊接等方式连接，防振屏支撑环4与外层防振屏2、内层防振屏3之间能够采用焊接等方式连接。
优选地，外吸振孔6与内吸振孔7的直径相同，从而保证第一吸振腔体和第二吸振腔体均具有较好的吸振能力，内吸振孔7的数量为外吸振孔6数量的一倍，保证第一吸振腔体和第二吸振腔体的吸振面积基本相同。
结合图5，防振屏同时还需兼顾隔热屏的功能，由于防振屏位置处需要吸收两种不同频率的脉动，会产生较大的热量，外涵冷却通道内的冷却气体从外层防振屏2和加力燃烧室机匣1之间流入，由于外吸振孔6和内吸振孔7的直径相同，这样能够有充足的冷却气体进入到防振屏内，并对防振屏进行充足的冷却，同时能够产生比较稳定的冷却气膜，从而对加力燃烧室起到比较高效的隔热的功能。
优选地，防振屏支架5设于外层防振屏2的前端和后端，防振屏支架5沿着外层防振屏2的周向间隔布置有多组，每组防振屏支架5的均为梯形结构并且防振屏支架5宽度较大的一侧与外层防振屏2相连。当加力燃烧室工作时，外层防振屏2和内层防振屏3均为受热而发生热态变形，通过设置梯形的防振屏支架5能够有效吸收热态变形，减少吸收振动时的冷气使用量。
优选地，外层防振屏2的轴向长度大于内层防振屏3的轴向长度，防振屏支撑环4设于内层防振屏3的前端与后端，防振屏支撑环4沿周向方向设置为波浪形圆环结构，以能够与内层隔热屏和外层隔热屏高效配合；防振屏支撑环4沿轴向方向形成阶梯型结构，在保证支撑稳定的同时高温燃气能够更加方便地流入。
作为一种具体实施方式，还可以设置为，外吸振孔6的直径小于内吸振孔7的直径，当发动机工作于涵道比较大的状态点时，外涵冷却空气流量较大，其压力明显高于防振屏另一侧的燃气压力，受压差作用，充足的冷却空气可穿过吸振孔在防振屏表面形成冷却气膜，起到降温防护的作用，当发动机工作于涵道比较小的状态时，外涵冷却空气流量较小，此时外吸振孔6较小的孔径保证了较小的流量系数，只有少量的冷却空气通过吸振孔进入内流道；必要时，也可通过调整外层防振屏2吸振孔的开孔数量来控制开孔率，这种设计可以使更多的冷却空气流向后方的隔热屏，对下游的加力筒体和喷管等热端部件起到更好的冷却保护作用，从而优化加力燃烧室整体的冷却效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，其特征在于：包括同轴设置的加力燃烧室机匣(1)、外层防振屏(2)和内层防振屏(3)；所述外层防振屏(2)设于内层防振屏(3)和燃烧室机匣之间，所述外层防振屏(2)与加力燃烧室机匣(1)之间形成外涵冷却通道，所述内层防振屏(3)内侧为高温内涵通道；
所述外层防振屏(2)上开设有外吸振孔(6)，所述内层防振屏(3)上开设有内吸振孔(7)，所述内吸振孔(7)的数量大于外吸振孔(6)的数量，一部分所述内吸振孔(7)与外吸振孔(6)径向对应设置，另一部分所述内吸振孔(7)与外层防振屏(2)的壁面对应设置，所述外层防振屏(2)与内层防振屏(3)之间形成第一吸振腔体，所述内层防振屏(3)与加力燃烧室机匣(1)之间形成第二吸振腔体；
所述外层防振屏(2)与加力燃烧室机匣(1)之间连接有防振屏支架(5)，所述外层防振屏(2)与内层防振屏(3)之间连接有防振屏支撑环(4)。
2.如权利要求1所述的多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，其特征在于：所述外吸振孔(6)与内吸振孔(7)的直径相同，所述内吸振孔(7)的数量为外吸振孔(6)数量的一倍。
3.如权利要求1所述的多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，其特征在于：所述防振屏支架(5)设于外层防振屏(2)的前端和后端，所述防振屏支架(5)沿着外层防振屏(2)的周向间隔布置有多组，每组所述防振屏支架(5)的均为梯形结构并且防振屏支架(5)宽度较大的一侧与外层防振屏(2)相连。
4.如权利要求1所述的多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，其特征在于：所述外层防振屏(2)的轴向长度大于内层防振屏(3)的轴向长度，所述防振屏支撑环(4)设于内层防振屏(3)的前端与后端，所述防振屏支撑环(4)沿周向方向设置为波浪形圆环结构，所述防振屏支撑环(4)沿轴向方向形成阶梯型结构。
5.如权利要求1所述的多吸收频率的双层壁加力燃烧室防振屏，其特征在于：所述外吸振孔(6)的直径小于内吸振孔(7)的直径。
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