[发明专利]气膜冷却结构及涡轮发动机燃烧室火焰筒

说明书

本发明公开了一种气膜冷却结构及涡轮发动机燃烧室火焰筒，包括冷却环，所述冷却环设置于火焰筒上，所述冷却环用于气流流入并对火焰筒进行冷却；悬臂舌片，所述悬臂舌片设置于所述冷却环上，所述悬臂舌片与所述冷却环之间形成有气膜通道，所述气膜通道用于气流填充并形成保护气膜；进气部，所述进气部设置于所述冷却环上，所述进气部用于气流进入所述气膜通道；低速部，所述低速部设置于所述悬臂舌片的内壁上，所述低速部用于降低高温燃气的速度，减小舌片末端面台阶的厚度，能够极大地减小甚至消除低速区，从而避免舌片烧蚀问题。

技术领域

本发明涉及火焰筒冷却的技术领域，特别地，涉及一种气膜冷却结构。此外，本发明还涉及一种包括上述气膜冷却结构的涡轮发动机燃烧室火焰筒。

背景技术

气膜冷却是火焰筒常用的冷却形式，冷却气通过一定数量的小孔或者环形缝隙贴壁喷出，在火焰筒内壁与燃气间形成一层保护气膜。气膜冷却适合各种压降的工作环境和火焰筒不同部位的冷却，其进气方式有总压进气、静压进气、总静压混合进气和介于总压进气和静压进气之间的进气等4种形式。气膜冷却可以单独用于火焰筒冷却，也可以与对流冷却、冲击冷却等构成复合冷却。纯气膜冷却在现役、在研发动机燃烧室中应用最多，在先进发动机燃烧室中也有应用前景。

现有技术方案气膜冷却的典型结构，主要由悬臂舌片、气膜孔、冷却环和壁板组成，如图4所示。该设计主要有以下作用：一是在气膜孔中带走壁面中的热量；二是在火焰筒内壁与燃气间形成一层保护气膜。

现有技术的缺陷为：由于射流(冷却气)和主流(燃气)的流动速度不同，且舌片末端面厚度较大(台阶作用)，在该端面处通常会形成一个低速区，从而极有可能造成舌片的烧蚀。针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种气膜冷却结构。

发明内容

本发明提供了一种气膜冷却结构，以解决由于射流(冷却气)和主流(高温燃气)的流动速度不同，且舌片末端面厚度较大(台阶作用)，在该端面处通常会形成一个低速区，从而极有可能造成舌片的烧蚀的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种气膜冷却结构，包括：

冷却环，所述冷却环设置于火焰筒上，所述冷却环用于引导气流流入并利用气流流动对火焰筒进行冷却；

悬臂舌片，所述悬臂舌片设置于所述冷却环上，所述悬臂舌片与所述冷却环之间围合形成有气膜通道，所述气膜通道用于对冷却环进行气流填充并在冷却环内形成保护气膜；

进气部，所述进气部设置于所述冷却环上，所述进气部用于将冷却气流流入所述气膜通道；

低速部，所述低速部设置于所述悬臂舌片的内壁上，所述低速部用于降低高温燃气的速度并增大吹风比，以提高所述气膜通道的冷却效果，减少所述悬臂舌片烧蚀。

通过采用上述技术方案，在火焰筒壁上设置冷却环，通过冷却环与悬臂舌片连接形成气膜通道，通过冷却气流经进气部对气膜通道输入冷却气流形成冷却气膜并对悬臂舌片以及冷却环进行冷却防护，通过在悬臂舌片的内壁面设置低速部对燃气进行消除低速区，冷却气流通过进气部进入气膜通道，随后沿冷却环内壁流动形成冷却气膜，高温燃气沿悬臂舌片内壁面流动，经过悬臂舌片末端面后与冷却空气在湍流的作用下汇合并掺混；另外，由于冷却气流和高温燃气的流动速度不同，并在悬臂舌片末端面的台阶作用下，在该端面处通常会形成一个低速区，从而极有可能造成悬臂舌片的烧蚀，而本发明在低速部的设置下减小悬臂舌片末端面台阶的厚度，能够极大地减小甚至消除低速区，从而避免舌片烧蚀问题。

进一步地，所述进气部包括气膜孔，所述气膜孔设置于所述冷却环上，所述气膜孔对准所述气膜通道设置。

通过采用上述技术方案，在冷却环上设置气膜孔，将气膜孔对准气膜通道设置，使得冷却气流经气膜孔传输至气膜通道内并在气膜通道内以及气膜通道周边形成冷却气膜，通过冷却气膜对悬臂舌片与冷却环进行冷却保护，使得悬臂舌片与冷却环的使用寿命提高进而提高了航空发动机的使用寿命。