CN116291871B - 加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机技术领域，特别提供了一种加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，包括套筒、侧环、下柔性块、上柔性块、顶盖和中心轴，套筒下部底壁与隔热屏固定连接，侧环外壁与套筒内壁上端固定连接，且侧环内壁上设有环形凸台，中心轴下端设有倒置伞盖型的底罩，顶盖为伞盖结构，下柔性块和上柔性块为相对设置的半球型结构，且下柔性块和上柔性块的中央均设通孔，下柔性块设置在环形凸台下方与底罩之间，上柔性块设置在环形凸台上方与顶盖之间，中心轴穿过下柔性块、上柔性块和顶盖后，与机匣固定连接。本发明可有效释放隔热屏在各方向上的约束，并解决现有连接结构气流脉动激励下减振能力不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别提供了一种加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构。
背景技术
加力燃烧室是航空发动机中安装于涡轮和尾喷管之间、通过将燃油喷入燃气流中、利用燃气中剩余的氧气再次燃烧从而产生额外推力的部件，是目前高速高机动飞行器的发动机中不可或缺的基本组成部件。由于加力燃烧室是对950-1000K的高温燃气进行二次点燃，且后方无转动件，不受其材料性能的限制，因此，加力燃烧室中的温度可达2200k以上。为避免高温气体造成机匣损伤，需要在机匣和高温燃气间设计隔热屏，通过在隔热屏和机匣间通入冷却空气，降低高温燃气向机匣的热量传递，避免机匣温度过高。而隔热屏作为薄壁壳体，在高温环境下将发生较大的热膨胀，若约束结构设计不当，则可能使得隔热屏热膨胀受阻，进而产生较大的热应力，导致隔热屏出现裂纹。因此，在隔热屏设计中，往往只对其施加部分约束，并预留有一定的间隙，保证隔热屏热膨胀的释放。
但是，由于加力燃烧室细长且缺少减振机制，在加力燃烧室中易发生振荡燃烧现象，气流产生压力脉动，其波动幅度大，频率成分丰富，对隔热屏产生激励作用，造成隔热屏颤振、开裂甚至连接松脱。因此，抑制隔热屏在气流脉动下的振动，是提高其工作可靠性的关键。
目前关于加力燃烧室隔热屏与机匣连接结构的设计中，大多聚焦于热膨胀的释放上，而对于气流脉动激励下振动的抑制关注较少，专利JP2009023956A提出了一种采用截面为U形或C形的薄片连接隔热屏与机匣的设计，薄片具有良好弹性，既可避免过度约束，也可提供一定的阻尼作用，起到减振效果。但是，金属自身的内阻尼较小，能量耗散效果有限，在大气流脉动环境下的减振效果不佳。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，可有效释放隔热屏在各方向上的约束，并解决现有连接结构气流脉动激励下减振能力不足的问题。
本发明是这样实现的，提供一种加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，包括套筒、侧环、下柔性块、上柔性块、顶盖和中心轴，套筒上部开放，下部封闭，下部底壁与隔热屏固定连接，上部开口距离机匣有一定距离，侧环外壁与套筒内壁上端固定连接，侧环内壁为球形，且侧环内壁上设有环形凸台，中心轴下端设有倒置伞盖型的底罩，顶盖为伞盖结构，下柔性块和上柔性块为相对设置的半球型结构，且下柔性块和上柔性块的中央均设通孔，下柔性块设置在环形凸台下方与底罩之间，上柔性块设置在环形凸台上方与顶盖之间，中心轴穿过下柔性块、上柔性块和顶盖后，与机匣固定连接。
优选的，所述侧环顶端与所述顶盖底端之间留有间隙，侧环底端与所述中心轴的底罩顶端之间留有间隙/>，中心轴底端与所述套筒底壁之间留有间隙/>，所述环形凸台靠近中心轴的一侧与中心轴外侧留有间隙/>。
进一步优选，、/>、/>、/>满足如下条件：
；/>；/>；/>，
其中，为所述隔热屏自身重量造成的所述上柔性块的径向变形量，/>为隔热屏径向最大热变形量，/>为隔热屏的径向最大振动量，/>为隔热屏自身重量造成的所述下柔性块的径向变形量，/>为隔热屏轴向或周向最大热变形量，/>为隔热屏轴向或周向最大振动量。
进一步优选，所述下柔性块、所述上柔性块为金属橡胶材质。
进一步优选，所述套筒底壁通过铆钉与所述隔热屏固定连接；所述侧环外壁与套筒内壁上端通过第一螺钉和第二螺钉固定连接。
进一步优选，所述中心轴内部设有螺纹通孔，设有第三螺钉穿过所述机匣后连接在中心轴的螺纹通孔中。
进一步优选，所述侧环与所述环形凸台为一体结构，所述中心轴与所述底罩为一体结构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供一种加力燃烧室隔热屏和机匣间的连接结构，采用金属橡胶柔性块，金属橡胶是一种由金属丝制成的均质弹性多孔材料。由于金属橡胶刚度较低，可减少对隔热屏的约束，降低其受高温时产生的热应力；此外，金属橡胶通过金属丝的相互摩擦产生阻尼效果，具有良好的阻尼耗能减振功能，可有效抑制隔热屏在气流脉动激励下的振动。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为航空发动机加力燃烧室隔热屏与机匣示意图；
图2是航空发动机加力燃烧室隔热屏与机匣及其连接结构分布示意图；
图3是本发明实施例的横截面剖视图；
图4是本发明实施例中的间隙示意图；
图5是本发明实施例的正三轴测剖视图。
图中：1-隔热屏，2-机匣，3-套筒，4-侧环，41-环形凸台，5-下柔性块，6-上柔性块，7-顶盖，8-中心轴，9-第三螺钉，10-第一螺钉，11-第二螺钉，12-铆钉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1、图2、图3、图4和图5，本发明提供一种加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，包括套筒3、侧环4、下柔性块5、上柔性块6、顶盖7和中心轴8，套筒3上部开放，下部封闭，下部底壁与隔热屏1固定连接，上部开口距离机匣2有一定距离，侧环4外壁与套筒3内壁上端固定连接，侧环4内壁为球形，且侧环4内壁上设有环形凸台41，中心轴8下端设有倒置伞盖型的底罩，顶盖7为伞盖结构，下柔性块5和上柔性块6为相对设置的半球型结构，且下柔性块5和上柔性块6的中央均设通孔，下柔性块5设置在环形凸台41下方与底罩之间，上柔性块6设置在环形凸台41上方与顶盖7之间，中心轴8穿过下柔性块5、上柔性块6和顶盖7后，与机匣2固定连接。
本连接结构的装配过程为：
将下柔性块5穿过中心轴8安装于底罩上方，将侧环4安装在下柔性块5上方，将上柔性块6安装于环形凸台41上方，形成装配体，再将装配体放入套筒3中，将装配体通过侧环4和套筒3连接，将套筒3和隔热屏1固定连接，将顶盖7放置于上柔性块6上，再将整体结构放入机匣2内部，将机匣2与各个连接结构的中心轴8连接，完成装配过程。
整体安装后，下柔性块5上侧与环形凸台41接触，内侧与中心轴8接触，外侧与侧环4和中心轴8的底罩接触。上柔性块6的下侧与环形凸台41接触，内侧与中心轴8接触，外侧与侧环4和顶盖7的内壁接触。顶盖7上侧与机匣2接触。
本发明的工作原理为：
一般情况下，若隔热屏1受到径向朝上的载荷，则载荷通过套筒3、侧环4、上柔性块6、顶盖7传递至机匣2；若隔热屏1受到径向朝下的载荷，则载荷通过套筒3、侧环4、下柔性块5、中心轴8、螺钉9传递至机匣2。
当隔热屏1温度升高发生热膨胀时，对于径向的热膨胀，热膨胀量从隔热屏1通过套筒3和侧环4传递至环形凸台41上，由于上柔性块6为低刚度材料，上柔性块6发生变形，吸收径向热膨胀量。
对于轴向和周向的热膨胀，热膨胀量从隔热屏1通过套筒3传递至侧环4，其内壁与下柔性块5和上柔性块6接触，下柔性块5和上柔性块6发生变形，吸收热膨胀量。
当隔热屏1受到气流脉动激励时，将发生沿各个方向的振动，对于径向的振动，振动从隔热屏1通过套筒3、侧环4、环形凸台41传递至下柔性块5上侧和上柔性块6上侧，下柔性块5和上柔性块6发生交替变形，内部不断摩擦，耗散振动能量，使振动减小。
对于轴向和周向的振动，振动从隔热屏1通过套筒3、侧环4内壁传递至下柔性块5和上柔性块6外侧，下柔性块5和上柔性块6发生交替变形耗散振动能量，使振动减小。
为了使上柔性块6和下柔性块5能够更好的发挥低约束高阻尼效果，作为技术方案的改进，所述侧环4顶端与所述顶盖7底端之间留有间隙，侧环4底端与所述中心轴8的底罩顶端之间留有间隙/>，中心轴8底端与所述套筒3底壁之间留有间隙/>，所述环形凸台41靠近中心轴8的一侧与中心轴8外侧留有间隙/>。
优选的，、/>、/>、/>满足如下条件：
；/>；/>；/>，
其中，为所述隔热屏1自身重量造成的所述上柔性块6的径向变形量，/>为隔热屏1径向最大热变形量，/>为隔热屏1的径向最大振动量，/>为隔热屏1自身重量造成的所述下柔性块5的径向变形量，/>为隔热屏1轴向或周向最大热变形量，/>为隔热屏1轴向或周向最大振动量。
优选的，所述下柔性块5、所述上柔性块6为金属橡胶材质。金属橡胶是一种由金属丝制成的均质弹性多孔材料，由于金属橡胶刚度较低，可减少对隔热屏的约束，降低其受高温时产生的热应力，此外，金属橡胶通过金属丝的相互摩擦产生阻尼效果，具有良好的阻尼耗能减振功能，可有效抑制隔热屏在气流脉动激励下的振动。
作为优选的固定连接方式，所述套筒3底壁通过铆钉12与所述隔热屏1固定连接；所述侧环4外壁与套筒3内壁上端通过第一螺钉10和第二螺钉11固定连接。
作为中心轴8与机匣2的优选连接方式，所述中心轴8内部设有螺纹通孔，设有第三螺钉9穿过所述机匣2后连接在中心轴8的螺纹通孔中。
优选的，所述侧环4与所述环形凸台41为一体结构，所述中心轴8与所述底罩为一体结构。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
Claims (7)
1.加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，包括套筒（3）、侧环（4）、下柔性块（5）、上柔性块（6）、顶盖（7）和中心轴（8），套筒（3）上部开放，下部封闭，下部底壁与隔热屏（1）固定连接，上部开口距离机匣（2）有一定距离，侧环（4）外壁与套筒（3）内壁上端固定连接，侧环（4）内壁为球形，且侧环（4）内壁上设有环形凸台（41），中心轴（8）下端设有倒置伞盖型的底罩，顶盖（7）为伞盖结构，下柔性块（5）和上柔性块（6）为相对设置的半球型结构，且下柔性块（5）和上柔性块（6）的中央均设通孔，下柔性块（5）设置在环形凸台（41）下方与底罩之间，上柔性块（6）设置在环形凸台（41）上方与顶盖（7）之间，中心轴（8）穿过下柔性块（5）、上柔性块（6）和顶盖（7）后，与机匣（2）固定连接。
2.根据权利要求1所述的加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，所述侧环（4）顶端与所述顶盖（7）底端之间留有间隙，侧环（4）底端与所述中心轴（8）的底罩顶端之间留有间隙/>， 中心轴（8）底端与所述套筒（3）底壁之间留有间隙/>，所述环形凸台（41）靠近中心轴（8）的一侧与中心轴（8）外侧留有间隙/>。
3.根据权利要求2所述的加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，、/>、/>、/>满足如下条件：
；/>；/>；/>，
其中，为所述隔热屏（1）自身重量造成的所述上柔性块（6）的径向变形量，/>为隔热屏（1）径向最大热变形量，/>为隔热屏（1）的径向最大振动量，/>为隔热屏（1）自身重量造成的所述下柔性块（5）的径向变形量，/>为隔热屏（1）轴向或周向最大热变形量，/>为隔热屏（1）轴向或周向最大振动量。
4.根据权利要求1所述的加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，所述下柔性块（5）、所述上柔性块（6）为金属橡胶材质。
5.根据权利要求1所述的加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，所述套筒（3）底壁通过铆钉（12）与所述隔热屏（1）固定连接；所述侧环（4）外壁与套筒（3）内壁上端通过第一螺钉（10）和第二螺钉（11）固定连接。
6.根据权利要求1所述的加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，所述中心轴（8）内部设有螺纹通孔，设有第三螺钉（9）穿过所述机匣（2）后连接在中心轴（8）的螺纹通孔中。
7.根据权利要求1所述的加力燃烧室隔热屏与机匣之间的低约束高阻尼连接结构，其特征在于，所述侧环（4）与所述环形凸台（41）为一体结构，所述中心轴（8）与所述底罩为一体结构。
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