[发明专利]一种冲击/气膜双层壁复合冷却方式的燃烧室火焰筒壁面结构

说明书

本发明公开了一种冲击/气膜双层壁复合冷却方式的燃烧室火焰筒壁面结构，这种复合冷却结构由两层壁组成，外侧为逆向冲击壁，分布有众多垂直于壁面的小孔，内侧为一种叶栅通道多斜孔冷却壁。冷却气流从冲击壁上的小孔喷射出来，在冲击点向四周贴壁流动，形成冲击冷却。然后经过逆向流动流入到叶栅壁面，遇到叶栅孔后，进入叶栅孔，喷射在叶栅孔燃气边形成气膜，保护多斜孔壁燃气边，本结构可以使得火焰筒壁面温度分布更加均匀，减少了火焰筒壁温梯度，提高火焰筒使用寿命。

技术领域

本发明涉及燃烧室领域，具体涉及一种冲击/气膜双层壁复合冷却方式的燃烧室火焰筒壁面结构，外侧为逆向冲击壁，内侧多斜孔壁采用的是一种叶栅通道多斜孔壁，其冲击壁承受机械载荷，叶栅通道多斜孔壁承受热载荷，承热和承力分开，以提高火焰筒使用寿命。该叶栅通道多斜孔的设计增大了内对流换热面积，加强了换热，冷却效果更好。

背景技术

在现代燃烧室中，燃烧过程释放的燃气的温度最高可能超过2100℃，远高于燃烧室火焰筒和涡轮叶片的熔点。因此关于燃烧室的设计必须考虑采取措施充分冷却所有暴露于高温燃气的金属表面，并提高结构完整性和耐久性。此外，应当将冷却空气量减至最少，以使可用于控制排放的空气量增大。

相比于发动机的许多其他组件，燃烧室火焰筒承受的机械应力较小。然而，火焰筒要经受威胁其结构完整性的高温和急剧变化的温度梯度。为了保证满意的火焰筒寿命，将温度及温度梯度保持在可接受的水平是很重要的。必须采取措施加强火焰筒的排热，通常通过向燃烧室机匣辐射和与环腔空气对流来实现，传统方法是沿着火焰筒内表面形成冷却气膜。

燃烧室结构设计方面，既要燃烧性能好，又要求结构质量轻，冷却用气量少，热疲劳强度高。基于目前高温合金材料的主要途径是改变火焰筒冷却方式与室壁结构，发展高效先进的冷却技术。目前国内外的燃烧室火焰筒也由最初的纯气膜冷却发展到冲击、发散、气膜、层板等多种冷却方式的复合冷却形式，冷却结构也由最初的单层壁发展到双层壁、浮动壁等冷却结构形式。

多斜孔火焰筒冷却技术是一种新型高效的冷却技术，对于高性能航空发动机的研制潜能具有重大的应用价值，多斜孔的形式有多种形式，如斜直孔，收缩孔，收缩扩张孔等。叶栅通道斜孔也是一种多斜孔，这种孔型相比较于其他孔型而言，流量系数大，压力损失低，节省冷却用气量，气膜分布更加均匀。这种叶栅通道多斜孔已经在航空发动机的涡轮叶片气膜冷却中得到广泛研究和应用，但在火焰筒壁面冷却技术方面的研究却很少，也没有在双层复合壁面开始进行相关研究，本结构基于此背景所发明的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种冲击/气膜双层壁复合冷却方式的燃烧室火焰筒壁面结构，这种双层壁外侧为逆向冲击壁，内侧为叶栅通道多斜孔壁，用以解决燃烧室火焰筒冷却效果差的问题。

技术方案

本发明的目的在于提供一种冲击/气膜双层壁复合冷却方式的燃烧室火焰筒壁面结构。

本发明技术方案如下：

一种冲击/气膜双层壁复合冷却方式的燃烧室火焰筒壁面结构，其特征在于：该复合冷却方式由双层壁组成，外侧为逆向冲击壁，内侧为一种叶栅通道多斜孔冷却壁结构。

所述的一种双层壁面冷却结构，其外侧壁面的冲击壁面上分布有众多均匀垂直于壁面的小孔，内侧的多斜孔壁分布有一种穿透壁面的叶栅通道形状的孔，叶栅通道孔的进口是在火焰筒内侧壁面上形成的圆孔，出口是由水平半椭圆孔和半圆孔组合而成。

所述的一种双层壁面冷却结构，其特征在于：冲击壁面上的小孔均匀分布，孔径为1mm左右，叶栅通道孔的进口在火焰筒壁面上形成的圆孔直径的大小范围为0.5～2mm，气流穿过叶栅通道孔壁面的过程中，叶栅通道孔的壁面的切线与火焰筒壁面的轴向方向的倾角是不断减小的，变化范围为0-90度，出口水平半椭圆孔和半圆孔的夹角也是可变化的，变化范围为0-180度。