CN116182197B - 一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构 - Google Patents

一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构，加力燃烧室的进口位置沿周向均布有若干径向支板，各径向支板的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式或以无径向间隙的方式进行设置，并且其中，当径向支板的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时，径向支板的最外端具有不同于其主体段的横截面形状，径向支板的最外端的横截面形成为前缘及尾缘区域均呈尖角楔形的流线型形状，径向支板的最外端形成为具有一定径向高度的流线型结构段。本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，适用于解决加力燃烧室由于径向支板产生的回流区引起的壁面烧蚀问题。

Description

一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构
技术领域
本发明涉及航空发动机加力燃烧室技术领域，涉及一种燃烧室防烧蚀结构，尤其涉及一种应用于加力燃烧室避免壁面烧蚀的结构，适用于解决加力燃烧室由于径向支板产生的回流区引起的壁面烧蚀问题。
背景技术
航空发动机加力燃烧室由于直接组织由涡轮排出的燃气和外涵空气进行二次燃烧的工作特性，现有技术中，设置在加力燃烧室中的径向支板的最外端通常紧贴燃烧室机匣壁面布置，这样的结构布置方式会导致气流绕过径向支板内端面把高温燃气和补燃燃油向燃烧室机匣壁面卷吸，最终造成燃烧在贴近燃烧室机匣壁面附近发生从而产生壁面烧蚀。故亟需提出一种尽可能简单的径向支板结构，用以解决由径向支板引起的机匣壁面烧蚀问题。
发明内容
(一)技术问题
有鉴于此，针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的主要目的在于提供一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构，以期在结构尽可能简单、不影响其他部件结构的基础上解决机匣壁面烧蚀问题。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构，包括加力燃烧室，所述加力燃烧室的内部主体区域空间形成为热核流区域，所述加力燃烧室的进口处设置有同心布置的外涵进口引气组件和内涵进口引气组件，其特征在于，
所述外涵进口引气组件的下游位置处沿周向均布有若干沿径向延伸的径向支板，且各所述径向支板在轴向上位于所述热核流区域的上游；
各所述径向支板的前缘迎风面形成为尖角楔形结构，尾部形成为平直的钝尾缘结构，且在所述径向支板的尾部设有向燃烧室中喷射补燃燃油的喷油嘴或喷油孔，各所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式或以无径向间隙的方式进行设置，并且其中，
当所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时，所述径向支板的最外端具有不同于其主体段的横截面形状，所述径向支板的最外端的横截面形成为前缘及尾缘区域均呈尖角楔形的流线型形状，所述径向支板的最外端形成为具有一定径向高度的流线型结构段。
优选地，当所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式进行设置时，所述径向间隙的径向高度为2～25mm。
优选地，当所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时，所述径向支板的流线型结构段的径向高度为2～25mm。
优选地，所述外涵进口引气组件用于引入补燃空气，所述内涵进口引气组件用于引入上游高温燃气。
优选地，所述外涵进口引气组件的轴向长度大于所述内涵进口引气组件，使得所述外涵进口引气组件的末端在轴向上所述内涵进口引气组件末端的下游。
本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构中，所述径向支板的最外端以在径向上存在间隙的方式贴近或者以在径向上无间隙的方式直接安装于加力燃烧室的机匣内壁面上，径向支板靠近机匣壁面部分采用间隙型或者流线型的分段结构，间隙型或者流线型结构段高度为2～25mm。
本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，其工作原理为：现有航空发动机加力燃烧室机匣内壁面的高温主要是由于高温燃气和补燃燃油被径向支板纵向回流区向机匣卷吸扩散形成，所以通过改变径向支板靠近机匣壁面部分的结构，阻断径向支板尾缘高温燃气和补燃燃油向机匣壁面扩散是一种简单直接的解决方案。本发明通过间隙型或无间隙流线型分段式处理方式，即可实现外涵气流直接通过径向间隙或者以层流的形式绕过径向支板顶部的流线型结构段并沿着燃烧室机匣内壁面流向燃烧室下游，避免了径向支板尾缘的回流区把高温燃气和补燃燃油卷向燃烧室机匣内壁面，从而避免了燃烧室机匣内壁面的烧蚀。
本发明的第2个发明目的在于提供一种加力燃烧室，其特征在于，所述加力燃烧室包括本发明的上述加力燃烧室壁面防烧蚀结构。
(三)技术效果
基于上述技术方案可知，本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，具有以下显著的技术优点：
(1)本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，结构简单，在一般径向支板结构的基础上，仅仅对径向支板靠近机匣壁面附近的一段预留间隙或者改成流线型结构，即可实现防止壁面烧蚀的目的。
(2)本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，可减小流阻损失，由于径向支板靠近机匣壁面部分改为间隙型或者流线型结构，气流流过支板的流动损失减小。
(3)本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，间隙型或者流线型径向支板还可以起到收缩下游燃烧室热核流区域直径的目的，从而降低加力燃烧室隔热屏温度，根据数值计算结果，燃烧室机匣高温彻底消失，例如某型航空发动机发动机加力燃烧室采用流线型径向支板结构之后，隔热屏高温区温度从1600K降低到1100K。
附图说明
图1为本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构示意图，图中，(a)为径向支板的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式进行布置时的结构示意图，(b)为径向支板的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时的结构示意图；
图2为本发明中径向支板在加力燃烧室中的安装位置示意图；
图3为本发明中径向支板防止加力燃烧室机匣壁面烧蚀的原理示意图，图中，(c)为常规径向支板流线图，(d)为本实施例间隙型径向支板流线图，(e)本实施例流线型径向支板流线图。
上述附图中，各附图标记含义如下：
01-径向间隙；
02-流线型结构段；
03-加力燃烧室机匣；
04-径向支板主体段；
05-径向支板；
10-加力燃烧室；
11-外涵进口引气组件；
12-内涵进口引气组件；
13-热核流区域；
14-径向支板回流区；
20-绕过径向支板下端面的气流流线；
21-穿过径向间隙的气流；
22-以层流的方式绕过流线型结构段的气流。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构示意图，图2为本发明中径向支板在加力燃烧室中的安装位置示意图。如图1～2所示，本发明的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，包括加力燃烧室10，加力燃烧室10的内部主体区域空间形成为热核流区域13，加力燃烧室10的进口处设置有同心布置的外涵进口引气组件11和内涵进口引气组件12。外涵进口引气组件11的下游位置处沿周向均布有若干沿径向延伸的径向支板05，且各径向支板05在轴向上位于热核流区域13的上游；各径向支板05的主体段的前缘迎风面形成为尖角楔形结构，尾部形成为平直的钝尾缘结构，且在径向支板的尾部设有向燃烧室中喷射补燃燃油的喷油孔，各径向支板05的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙01的方式或以无径向间隙的方式进行设置。
当径向支板05的最外端以与加力燃烧室机匣内壁面03之间无径向间隙的方式进行设置时，径向支板05的最外端具有不同于其主体段04的横截面形状，径向支板05的最外端的横截面形成为前缘及尾缘区域均呈尖角楔形的流线型形状，径向支板的最外端形成为具有一定径向高度的流线型结构段02。
也就是说，当径向支板05的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式进行布置时，如图1中(a)图所示，径向间隙01位于径向支板05和加力燃烧室机匣03的内壁面之间，径向间隙01的存在可以使燃烧室机匣03内壁面附近的气流不受阻碍地流向径向支板05的尾缘。
当径向支板05的最外端以与加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时，如图1中(b)图所示，流线型结构段02位于径向支板主体段04和加力燃烧室机匣03内壁面之间，流线型结构段02的存在可以使燃烧室机匣03内壁面附近的气流以层流的方式沿着流线型结构流向径向支板尾缘；其中，所述径向支板间隙型或者流线型结构段高度不小于2mm。
图2为本发明中径向支板在加力燃烧室中的安装位置示意图，本发明中径向支板05安置于加力燃烧室10中热核流区域13的上游区域，径向支板05贴近或直接安装于加力燃烧室机匣03的内壁面，通过外涵进口引气组件11进入加力燃烧室的空气和通过内涵进口引气组件12进入加力燃烧室的燃气掺混后会经由径向支板05形成径向支板回流区14。
图3为本发明中径向支板防止加力燃烧室机匣内壁面烧蚀的原理示意图，在现有径向支板流线图(c)中，绕过径向支板下断面的气流流线20会将内涵燃气和外涵空气以及径向支板上游或尾缘喷注的燃油向加力燃烧室机匣03卷吸，造成火焰在加力燃烧室机匣03附近产生，从而引起加力燃烧室机匣03的内壁面烧蚀。在本发明径向支板流线图(d)和(e)中，穿过径向间隙的气流21和以层流的方式绕过流线型结构段的气流22能够在加力燃烧室机匣03壁面形成一层气膜，从而阻断绕过径向支板下断面的气流流线20对加力燃烧室机匣03内壁面的烧蚀，气膜还可以向燃烧室中心挤压热核流区域，从而降低热核流区域对隔热屏的加热，最终实现对隔热屏的保护。
综上所述，本发明提供的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，可在结构简单、减小流阻损失的基础上，实现防止燃烧室机匣烧蚀及缩小下游燃烧高温区直径的目的。
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种加力燃烧室壁面防烧蚀结构，包括加力燃烧室，所述加力燃烧室的内部主体区域空间形成为热核流区域，所述加力燃烧室的进口处设置有同心布置的外涵进口引气组件和内涵进口引气组件，其特征在于，
所述外涵进口引气组件的下游位置处沿周向均布有若干沿径向延伸的径向支板，且各所述径向支板在轴向上位于所述热核流区域的上游；
各所述径向支板的前缘迎风面形成为尖角楔形结构，尾部形成为平直的钝尾缘结构，且在所述径向支板的尾部设有向燃烧室中喷射补燃燃油的喷油嘴或喷油孔，各所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式或以无径向间隙的方式进行设置，并且其中，
当所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时，所述径向支板的最外端具有不同于其主体段的横截面形状，所述径向支板的最外端的横截面形成为前缘及尾缘区域均呈尖角楔形的流线型形状，所述径向支板的最外端形成为具有一定径向高度的流线型结构段。
2.根据权利要求1所述的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，其特征在于，当所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间存在径向间隙的方式进行设置时，所述径向间隙的径向高度为2～25mm。
3.根据权利要求1所述的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，其特征在于，当所述径向支板的最外端以与所述加力燃烧室的机匣内壁面之间无径向间隙的方式进行设置时，所述径向支板的流线型结构段的径向高度为2～25mm。
4.根据权利要求1所述的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，其特征在于，所述外涵进口引气组件用于引入补燃空气，所述内涵进口引气组件用于引入上游高温燃气。
5.根据权利要求1所述的加力燃烧室壁面防烧蚀结构，其特征在于，所述外涵进口引气组件的轴向长度大于所述内涵进口引气组件，使得所述外涵进口引气组件的末端在轴向上所述内涵进口引气组件末端的下游。
6.一种加力燃烧室，其特征在于，所述加力燃烧室包括上述权利要求1至5任一项所述的加力燃烧室壁面防烧蚀结构。
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