[发明专利]增强燃气涡轮发动机加力燃烧室燃烧管抗压曲力的方法和一种燃气涡轮发动机

说明书

本发明一般地涉及加力涡扇发动机，更准确地说是涉及减小加力涡扇发动机内加力燃烧室燃烧管壁面压差载荷的装置和方法。

普通加力涡扇发动机包括一个给产生燃烧废气的核心机输送部分风扇空气的风扇。环绕核心机的是接纳从核心机外围流过的那部分风扇空气的外涵道。在核心机和外涵道下游设有一个后燃烧室或加力燃烧室，它包括一个其内接纳核心机废气和部分外涵道气流的燃烧管，这部分气体与燃油混合以便在加力燃烧室中燃烧。加力燃烧室还包括一环绕燃烧管的环形冷却流管（plenum），它接纳余下的那部分外涵道气流，以便对加力燃烧室，详细地说是对加力燃烧室的燃烧管，进行冷却。

在核心机尾端设有一个使外涵气流和核心机废气在该下游端相混合的混合器，这种设置确定了一个外涵气流与核心机废气在该处汇流在一起的匹配面（match    plane）。

这些发动机都具一匹配面压力比，它定义为在该匹配面处外涵气流总压力与核心机废气静压力之比。在发动机运转过程中，匹配面压力比在其最小值和最大值之间变化。对于一个典型的加力涡扇发动机，在发动机运转过程中，其匹配面压力比在约1.04最小值和约2.8最大值之间变化。在发动机加力运转过程中，即当加力燃烧室处于工作状态时，这种典型加力涡扇发动机的匹配面压力比约在1.04至1.5之间。而在这种发动机干运转或不加力运转过程中，即当加力燃烧室不工作时，其匹配面压力比可达到2.8。

既然匹配面压力比是反映外涵气流压力和核心机废气压力之间关系的参数，因此它也是衡量出现在加力燃烧室燃烧管壁面的压差载荷的指标。更准确地说，由于外涵气流流入燃烧管径向外表面上的冷却流管，以及核心机废气流入加力燃烧室且由燃烧管径向内表面约束着，因此出现了压差载荷。

在该典型加力涡扇发动机中，外涵气流直接流入加力燃烧室冷却流管而没有遭受明显的压力损失。压力损失总是不希望有的，因为这会降低发动机的气动性能。然而，在这种发动机中，因冷却流管中外涵气流压力和燃烧管中核心机废气压力不相等而在燃烧管壁面出现的压差载荷将随匹配面压力比增加而加大。因此，作用于燃烧管壁面的压差在最大匹配面压力比状态下达到其最大值，这种情况出现在发动机不加力运转状态下。

压差载荷是燃烧管管壁内外表面因不平衡压力而产生的径向载荷，这种载荷很大时会使燃烧管管壁发生屈曲破坏。对某些加力涡扇发动机来说，这种载荷可能是相当大的，因此需要设计适应这种载荷的合适结构。

本发明的目之一是提供一种具有减小加力燃烧室燃烧管壁面压差载荷的装置的新的和改进的燃气涡轮发动机以及提供一种减小加力燃烧室燃烧管壁面压差载荷的方法。

本发明的目的之二是提供一种在通向加力燃烧室燃烧管的冷却空气中具有用于减小燃烧管壁面压差从而减小施加于燃烧管上的压差载荷的预定压力损失的燃气涡轮发动机。

本发明的目的之三是提供一种可在高匹配面压力比状态下减小压差载荷而在低匹配面压力比状态下不会产生不希望有的压力损失的燃气涡轮发动机。

本发明包括通过在引到燃烧管处的外涵道气流中造成预定压力损失的方式来减小加力燃烧室燃烧管压差载荷的一种方法和装置，该方法包括这样的步骤：首先对外涵气流进行加速以便为加力燃烧室提供加速的外涵气流，然后，对加速的外涵气流进行减速以便在冷却流管的外涵气流中造成压力损失，从而相应减小作用在燃烧管壁面的压差。

本发明还包括为造成压力损失以便相应减小作用在加力燃烧室燃烧管壁面的压差而对外涵气流进行加速和减速的装置。

一种减小作用在燃气涡轮发动机的加力燃烧室燃烧管管壁上的压差的方法，该燃气涡轮发动机具有一个风扇、一个用来产生燃烧废气的核心机，一个用于排放所述燃烧废气的主涵道排气口，一个导引来自所述风扇并沿所述核心机外表面流过的冷却外涵气流的外涵道，一个用于排放所述外涵排气流的外涵道排气口，一个包括有一个用于容纳所述废气和从所述外涵道气口排出的所述外涵气流的第一部分的环状燃烧管的加力燃烧室，和一个环绕所述燃烧管、具有一个与所述外涵道排气口轴向隔开的进入口并用于接纳从所述外涵道排气口来的用于冷却所述加力燃烧室的所述外涵气流第二部分的环状冷却流管，该方法包括下述步骤：

对从所述外涵道排气口排出的所述外涵气流进行加速以便为所述加力燃烧室提供经加速的外涵气流;和

对所述经加速过的外涵气流在所述冷却流管进入口处进行减速，以便在流入所述冷却流管的所述外涵气流第二部分中因激波而产生压力损失，从而减小作用在所述燃烧管管壁上的压差。