專利名稱：燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)全環(huán)燃燒室的摻混導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，適用于燃燒室的摻混燃燒，導(dǎo)向增速的耦合，滿足出口的切向氣流條件，為渦輪驅(qū)動(dòng)提供預(yù)旋，實(shí)現(xiàn)高效的冷卻結(jié)構(gòu)和冷卻效果，可簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)緊湊化。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的基本性能和結(jié)構(gòu)分布已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，但是對(duì)于現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室來說，仍在存在一些難題和挑戰(zhàn)，新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新概念的發(fā)展應(yīng)用才是保證其持續(xù)進(jìn)步的源泉。傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)，一般由環(huán)形壓縮系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和環(huán)形的渦輪膨脹系統(tǒng)構(gòu)成?？諝饨?jīng)壓縮系統(tǒng)進(jìn)入燃燒室與燃油混合形成油氣混合物燃燒，然后再進(jìn)入渦輪的環(huán)形通道。 從常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的氣動(dòng)布局來看，主要是以軸向流動(dòng)為主。以燃燒室與渦輪為例，壓縮空氣在燃燒室內(nèi)與燃油混合形成混合物燃燒后，燃?xì)馊匝厝細(xì)廨啓C(jī)軸線方向流動(dòng)，以渦輪導(dǎo)向器為界線，而后進(jìn)入渦輪，進(jìn)入渦輪前，燃?xì)庠跍u輪導(dǎo)向器的作用下，改變流動(dòng)方向， 為了利用高溫燃?xì)鉀_擊渦輪產(chǎn)生軸功則要求其具有切向分量，并且希望該切向分量足夠的大，這就需要渦輪導(dǎo)向器來疏導(dǎo)燃?xì)猱a(chǎn)生切向速度。而傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)各系統(tǒng)之間的存在人為定義的明顯的界線，在燃燒室出口為了滿足常規(guī)燃燒室正常加溫工作并保證燃燒性能， 不得不添加導(dǎo)向器，必然增加發(fā)動(dòng)機(jī)不必要的長度和重量，使結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，并且導(dǎo)向器內(nèi)的氣流摩擦與轉(zhuǎn)折會(huì)導(dǎo)致一定的氣動(dòng)損失，這亦降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)性能。此外，迫于航空燃?xì)廨啓C(jī)的尺寸和重量減小的壓力，常規(guī)燃燒室的長度也隨之大大縮短。然而在各部件尺寸，重量減小已趨極限的情況下，需要在系統(tǒng)級(jí)的水平上提出新的解決重量減輕的方案，需要考慮在先進(jìn)燃燒室技術(shù)研究中打破燃?xì)廨啓C(jī)各系統(tǒng)之間的人為界線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種摻混導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)， 將燃燒室摻混段與渦輪導(dǎo)向器合二為一，實(shí)現(xiàn)了摻混氣流與高溫燃?xì)獾膿交炫c導(dǎo)向增速， 改善渦輪導(dǎo)向器的冷卻效果，從而簡化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，減輕重量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，在火焰筒內(nèi)，摻混孔下游放置渦輪導(dǎo)向器葉片，實(shí)現(xiàn)了摻混、燃燒、導(dǎo)向和冷卻的耦合設(shè)計(jì)。渦輪導(dǎo)向器葉片沿周向均勻布置在外火焰筒和內(nèi)火焰筒之間的收縮通道，渦輪導(dǎo)向器葉片與摻混孔處在相同的周向位置，與外火焰筒和內(nèi)火焰筒通過焊接或螺栓連接，渦輪導(dǎo)向器葉片的后緣與外火焰筒和內(nèi)火焰筒出口處在同一軸向位置。摻混孔下游至火焰筒和內(nèi)火焰筒出口，包含了渦輪導(dǎo)向器通道，進(jìn)行摻混氣流與高溫頭部燃?xì)獾膿交?，調(diào)節(jié)燃燒室出口溫度分布；摻混氣流在外火焰筒和內(nèi)火焰筒內(nèi)部與燃燒的高溫頭部燃?xì)庠谕饣鹧嫱埠蛢?nèi)火焰筒內(nèi)部通道及與渦輪導(dǎo)向器葉片形成的收縮通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)摻混、導(dǎo)向和進(jìn)一步的燃燒，渦輪導(dǎo)向器葉片與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線存在一定角度，摻混后的空氣在渦輪導(dǎo)向器葉片通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)折轉(zhuǎn)， 為高壓渦輪動(dòng)葉提供切向氣流條件；正對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片的摻混氣流為渦輪導(dǎo)向器葉片提供了外部冷卻空氣，改善了渦輪導(dǎo)向葉片的工作環(huán)境，增強(qiáng)了冷卻效果，減少了渦輪導(dǎo)向器冷卻氣的用量。渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)部的冷卻空氣由燃燒室外環(huán)腔和燃燒室內(nèi)環(huán)腔經(jīng)過火焰筒壁面火焰筒渦輪冷卻孔進(jìn)入，簡化了渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻氣引氣結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低了由于渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻引起的燃?xì)廨啓C(jī)的壓力損失。具體實(shí)現(xiàn)如下全環(huán)燃燒室結(jié)構(gòu)中，所述耦合結(jié)構(gòu)在由外機(jī)匣6、內(nèi)機(jī)匣14、外火焰筒7、內(nèi)火焰筒8和渦輪導(dǎo)向器葉片9構(gòu)成，外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8的出口分別與外機(jī)匣6和內(nèi)機(jī)匣14的出口固定連接；所述的外機(jī)匣6和內(nèi)機(jī)匣14、內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7 為環(huán)形結(jié)構(gòu)；內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7壁上沿周向均勻開有徑向的摻混孔4 ；外機(jī)匣6與外火焰筒7之間形成燃燒室外環(huán)腔26，內(nèi)機(jī)匣14與內(nèi)火焰筒8之間形成燃燒室內(nèi)環(huán)腔27 ；所述的渦輪導(dǎo)向器葉片9沿周向均勻布置在外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8之間的收縮通道25內(nèi)， 渦輪導(dǎo)向器葉片9與摻混孔4處在相同的周向位置，與外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8通過焊接或螺栓連接，渦輪導(dǎo)向器葉片9的后緣與外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8的出口處在同一軸向位置；所述渦輪導(dǎo)向器葉片9開有渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道24，分別與外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8上的火焰筒渦輪冷卻氣孔15貫通，渦輪導(dǎo)向器葉片9壁面開有多排渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔23，燃燒室氣流進(jìn)入燃燒室后分股形成外環(huán)腔氣流2，內(nèi)環(huán)腔氣流5和頭部氣流1，內(nèi)環(huán)腔氣流5和外環(huán)腔氣流2經(jīng)過外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8的摻混孔4形成摻混氣流3，摻混氣流3在火焰筒內(nèi)部與燃燒的頭部氣流1在火焰筒內(nèi)部通道及與渦輪導(dǎo)向器葉片9形成的收縮通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)摻混、加速和進(jìn)一步的燃燒，形成摻混導(dǎo)向耦合區(qū)，同時(shí)摻混燃?xì)?1沖擊渦輪導(dǎo)向器葉片9外表面實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片9的外部冷卻；所述外環(huán)腔氣流2，內(nèi)環(huán)腔氣流5 —部分經(jīng)過內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7的火焰筒渦輪冷卻氣孔15進(jìn)入渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道M形成渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻氣12，對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片9 內(nèi)部冷卻，經(jīng)渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔23流出形成渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻氣膜18，實(shí)現(xiàn)外部冷卻；所述的渦輪導(dǎo)向器葉片出口氣流13與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的存在夾角，即渦輪導(dǎo)向器葉片安裝切向角20，形成燃燒室出口的切向氣流條件。所述摻混氣流3占燃燒室總空氣流量的10% 50% ；燃燒室外環(huán)腔沈和燃燒室內(nèi)環(huán)腔27與外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8內(nèi)的壓降為2% 5%。所述摻混孔4開孔個(gè)數(shù)12 300個(gè)，開孔尺寸為相同大小或大小孔交叉；內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7的摻混布置方式為一一相對(duì)布置即處在同一周向位置或交叉布置。所述渦輪導(dǎo)向器葉片9個(gè)數(shù)為12 60片。所述渦輪導(dǎo)向器葉片安裝切向角20大小為0° 75°。所述頭部氣流1經(jīng)過主燃區(qū)與燃油混合當(dāng)量比為0. 6 1. 5，摻混氣流3摻混后的總當(dāng)量比為0.4 1.0。所述渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道24為簡單的冷卻通道或和復(fù)合冷卻通道。所述的外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8的頭部高度是外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8出口高度的1. 5 3倍。本發(fā)明的原理如下本發(fā)明打破燃燒室與渦輪之間的人為定義的界限，將渦輪導(dǎo)向器放置在火焰筒內(nèi)，位于摻混孔下游，實(shí)現(xiàn)了摻混、導(dǎo)向和冷卻的耦合設(shè)計(jì)。渦輪導(dǎo)向器葉片沿周向均勻布置在火焰筒內(nèi)的收縮通道內(nèi)，渦輪導(dǎo)向器葉片與摻混孔處在相同的周向位置。摻混孔下游至外火焰筒和內(nèi)火焰筒出口段，包含了渦輪導(dǎo)向器通道，進(jìn)行摻混氣流與高溫頭部氣流的摻混，調(diào)節(jié)燃燒室出口溫度分布；摻混氣流在火焰筒內(nèi)部與燃燒的高溫頭部氣流在外火焰筒和內(nèi)火焰筒內(nèi)部通道及與渦輪導(dǎo)向器葉片形成的收縮通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)摻混、 導(dǎo)向和進(jìn)一步的燃燒，渦輪導(dǎo)向器葉片與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線存在一定角度，摻混后的空氣在導(dǎo)向器通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)折轉(zhuǎn)，為高壓渦輪動(dòng)葉提供切向氣流條件；由于渦輪導(dǎo)向器與對(duì)應(yīng)的摻混孔處在同一周向位置，由摻混孔進(jìn)入火焰筒的摻混氣流為渦輪導(dǎo)向器提供了外部冷卻空氣， 改善了渦輪導(dǎo)向器葉片的工作環(huán)境，提高了冷卻效果，減少了渦輪導(dǎo)向器冷卻氣的用量。渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部的冷卻空氣由燃燒室環(huán)腔經(jīng)過火焰筒壁面孔進(jìn)入，簡化了渦輪導(dǎo)向器冷卻氣引氣結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低了由于渦輪導(dǎo)向器冷卻引起的燃?xì)廨啓C(jī)的壓力損失。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了燃燒室的摻混燃燒，導(dǎo)向增速的耦合，滿足出口的切向氣流條件，為渦輪驅(qū)動(dòng)提供預(yù)旋， 實(shí)現(xiàn)高效的冷卻結(jié)構(gòu)和冷卻效果，可簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)緊湊化，利于提高推重比。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)如下(1)打破燃燒室與渦輪之間的人為定義的界限，將渦輪導(dǎo)向器放置在火焰筒內(nèi)，實(shí)現(xiàn)燃燒室出口切向?qū)崿F(xiàn)了摻混、導(dǎo)向和冷卻的耦合設(shè)計(jì)，能夠簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)緊湊化；(2)渦輪導(dǎo)向器葉片處在對(duì)應(yīng)同一周向位置摻混孔的下游，摻混空氣冷卻渦輪導(dǎo)向器葉片，改善了渦輪導(dǎo)向葉片的工作環(huán)境，可以減少冷卻空氣用量，提高了冷卻效率；(3)渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻空氣從燃燒室內(nèi)外環(huán)腔供入，簡化了冷卻氣路結(jié)構(gòu)， 減少了冷卻空氣的壓力損失，降低了整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力損失，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)推重比；(4)燃燒室出口空氣在渦輪導(dǎo)向器通道的作用下，與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線具有一定夾角，切向氣流為推動(dòng)渦輪動(dòng)葉提供了有利的流動(dòng)條件。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是本發(fā)明的氣流流動(dòng)示意圖；圖3是本發(fā)明火焰筒結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明摻混導(dǎo)向耦合原理示意圖；圖5是渦輪導(dǎo)向器葉片結(jié)構(gòu)示意圖及局部放大圖；圖6是本發(fā)明整環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。其中高溫頭部氣流1，外環(huán)腔氣流2，摻混氣流3，摻混孔4，內(nèi)環(huán)腔氣流5，外機(jī)匣 6，外火焰筒7，內(nèi)火焰筒8，渦輪導(dǎo)向器葉片9，摻混導(dǎo)向耦合器10，摻混燃?xì)?1，渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻氣12，渦輪導(dǎo)向器葉片出口氣流13，內(nèi)機(jī)匣14，火焰筒渦輪冷卻氣孔15，外火焰筒和內(nèi)火焰筒頭部高度16，外火焰筒和內(nèi)火焰筒出口高度17，渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻氣膜 18，燃燒室單頭部周期角19，渦輪導(dǎo)向器葉片安裝切向角20，渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道直徑21，渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔直徑22，渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔23， 渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道24，收縮通道25，燃燒室外環(huán)腔沈，燃燒室內(nèi)環(huán)腔27。
具體實(shí)施例方式如圖1、2、3所示，本發(fā)明由外機(jī)匣6、內(nèi)機(jī)匣14、外火焰筒7、內(nèi)火焰筒8和渦輪導(dǎo)向器葉片9構(gòu)成，外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8火焰筒的出口與機(jī)匣的出口固定連接。如圖1，2，3、4所示，外機(jī)匣6和內(nèi)機(jī)匣14、內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7為環(huán)形結(jié)構(gòu)； 內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7壁上沿周向均勻開有徑向的摻混孔4 ；外機(jī)匣6與外火焰筒7之間形成燃燒室外環(huán)腔26，內(nèi)機(jī)匣14與內(nèi)火焰筒8之間形成燃燒室內(nèi)環(huán)腔27 ；所述的渦輪導(dǎo)向器葉片9沿周向均勻布置在外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8之間的收縮通道25內(nèi)，渦輪導(dǎo)向器葉片9與摻混孔4處在相同的周向位置，與外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8通過焊接或螺栓連接， 渦輪導(dǎo)向器葉片9的后緣與燃燒室出口處在同一軸向位置；所述的渦輪導(dǎo)向器葉片9渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道24，分別與外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8上的火焰筒渦輪冷卻氣孔15 貫通，渦輪導(dǎo)向器葉片9壁面開有多排渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔23。如圖1，2，3，4燃燒室氣流進(jìn)入燃燒室后分股形成外環(huán)腔氣流2，內(nèi)環(huán)腔氣流5和高溫頭部氣流1，內(nèi)環(huán)腔氣流5和外環(huán)腔氣流2為外火焰筒7，內(nèi)火焰筒8和渦輪導(dǎo)向器葉片9 提供冷卻氣流，同時(shí)也為火焰筒內(nèi)部提供摻混空氣。內(nèi)環(huán)腔氣流5和外環(huán)腔氣流2經(jīng)過外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8的摻混孔4形成摻混氣流3，摻混氣流3在火焰筒內(nèi)部與燃燒的高溫頭部氣流1在外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8內(nèi)的通道及與渦輪導(dǎo)向器葉片9形成的收縮通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)摻混，用以調(diào)整燃燒室出口溫度分布。摻混氣流3占燃燒室總空氣流量的10% 50%， 環(huán)腔通道與火焰筒內(nèi)的壓降為2% 5%。高溫頭部氣流1經(jīng)過主燃區(qū)與燃油混合當(dāng)量比為0. 6 1. 5，即燃燒室主燃區(qū)的當(dāng)量比可為富油混合也可為貧油混合，摻混氣流3摻混后的總當(dāng)量比為0. 4 1. 0，即燃燒室的總的燃燒可為貧油燃燒，也可為接近化學(xué)恰當(dāng)比的燃燒。摻混后摻混燃?xì)?1并沒有完全燃燒，在外火焰筒7和內(nèi)火焰筒8之間的徑向收縮通道加速和進(jìn)一步的燃燒并且在渦輪導(dǎo)向器葉片9之間的周向通道內(nèi)擴(kuò)壓和進(jìn)一步的燃燒，同時(shí)摻混燃?xì)?1沖擊渦輪導(dǎo)向器葉片9外表面實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片9的外部冷卻，形成摻混、加速、燃燒、擴(kuò)壓導(dǎo)向，冷卻五種功能合一的耦合區(qū)10。實(shí)現(xiàn)了燃燒室火焰筒摻混燃燒擴(kuò)壓導(dǎo)向的緊湊耦合結(jié)構(gòu)，與常規(guī)燃燒室與渦輪導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)相比，總體長度可以縮短20 % 至30 %，重量可以減小近20 %。如圖2，3，4所示火焰筒上的摻混孔4開孔個(gè)數(shù)12 300個(gè)，在內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7上可分別開一排或兩排摻混孔4，開孔尺寸可選擇相同直徑或大小孔徑交錯(cuò)排列的形式，內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7的在同一軸向位置的摻混孔4 一一對(duì)應(yīng)或交叉布置從而形成良好的摻混效果。如圖3，4，5，6所示，在一個(gè)燃燒室頭部周期內(nèi)，摻混孔4與對(duì)應(yīng)的渦輪導(dǎo)向器葉片 11處在同一周向位置，渦輪導(dǎo)向器葉片9個(gè)數(shù)與燃燒室頭部個(gè)數(shù)相同，為12 60片。摻混氣流3與高溫頭部氣流1摻混后的摻混燃?xì)?1直接沖擊對(duì)應(yīng)的渦輪導(dǎo)向器葉片9外表面， 為渦輪導(dǎo)向器葉片9提供了外部冷卻條件。由于火焰筒壓降的作用，外環(huán)腔氣流2，內(nèi)環(huán)腔氣流5 —部分經(jīng)過內(nèi)火焰筒8和外火焰筒7的火焰筒渦輪冷卻氣孔15進(jìn)入渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道M形成渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻氣12，對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片9進(jìn)行內(nèi)部冷卻。不再由高壓壓氣機(jī)引氣來冷卻渦輪導(dǎo)向器葉片9，大大簡化了冷卻結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了燃?xì)廨啓C(jī)減重的目的。渦輪導(dǎo)向器葉片9內(nèi)部的冷卻通道可以采用簡單的冷卻通道如空心結(jié)構(gòu)，或采用具有迷宮冷卻通道并添加肋板的復(fù)合冷卻通道。渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道直徑21為0. 5-4mm,渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔直徑22為0. 2_2mm。渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻氣12經(jīng)渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔23流出，與摻混燃?xì)?1 一起形成渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻氣膜18實(shí)現(xiàn)渦輪導(dǎo)向器葉片的外部冷卻。為了更好的實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)，為渦輪動(dòng)葉提供切向氣流，渦輪導(dǎo)向器葉片出口氣流13與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的存在夾角，即渦輪導(dǎo)向器葉片安裝切向角20，葉片安裝切向角20大小為0° 75°，形成燃燒室出口的切向氣流條件。為了保證燃燒室出口氣流的速度要求，火焰筒高度是燃燒室出口高度的1. 5 3倍。本發(fā)明已經(jīng)完成了理論分析并且進(jìn)入了設(shè)計(jì)加工過程中，在三維數(shù)值模擬的驗(yàn)證中證明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)切向的出口氣流條件，實(shí)現(xiàn)簡化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)耦合結(jié)構(gòu)，減輕整機(jī)重量的?？傊景l(fā)明既實(shí)現(xiàn)了摻混氣流與高溫燃?xì)獾膿交?、燃燒，調(diào)節(jié)燃燒室出口溫度分布；又實(shí)現(xiàn)了燃燒室出口氣流導(dǎo)向擴(kuò)壓，為高壓渦輪動(dòng)葉提供切向氣流條件；同時(shí)正對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片的摻混氣流為渦輪導(dǎo)向器提供了外部冷卻空氣，改善了渦輪導(dǎo)向葉片的工作環(huán)境，提高了冷卻效果。渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)部的冷卻空氣由燃燒室外環(huán)腔和燃燒室內(nèi)環(huán)腔進(jìn)入，簡化了渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻氣路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了渦輪導(dǎo)向器冷卻氣的用量；該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了燃燒室的摻混燃燒，導(dǎo)向的耦合，滿足出口的切向氣流條件，為渦輪驅(qū)動(dòng)提供預(yù)旋， 實(shí)現(xiàn)高效的冷卻結(jié)構(gòu)和冷卻效果，可簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)緊湊化。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于全環(huán)燃燒室結(jié)構(gòu)中，所述燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)由外機(jī)匣(6)、內(nèi)機(jī)匣(14)、外火焰筒(7)、內(nèi)火焰筒⑶和渦輪導(dǎo)向器葉片(9)構(gòu)成，外火焰筒(7)和內(nèi)火焰筒(8)的出口分別與外機(jī)匣(6)和內(nèi)機(jī)匣(14)的出口固定連接；所述的外機(jī)匣(6)和內(nèi)機(jī)匣(14)、內(nèi)火焰筒⑶和外火焰筒(7)為環(huán)形結(jié)構(gòu)； 內(nèi)火焰筒(8)和外火焰筒(7)壁上沿周向均勻開有徑向的摻混孔；外機(jī)匣(6)與外火焰筒(7)之間形成燃燒室外環(huán)腔06)，內(nèi)機(jī)匣(14)與內(nèi)火焰筒(8)之間形成燃燒室內(nèi)環(huán)腔(XT)；所述的渦輪導(dǎo)向器葉片(9)沿周向均勻布置在外火焰筒(7)和內(nèi)火焰筒⑶之間的收縮通道05)內(nèi)，渦輪導(dǎo)向器葉片(9)與摻混孔⑷處在相同的周向位置，與外火焰筒 (7)和內(nèi)火焰筒(8)通過焊接或螺栓連接，渦輪導(dǎo)向器葉片(9)的后緣與外火焰筒(7)和內(nèi)火焰筒(8)的出口處在同一軸向位置；所述渦輪導(dǎo)向器葉片(9)開有渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道(M)，分別與外火焰筒(7)和內(nèi)火焰筒⑶上的火焰筒渦輪冷卻氣孔(15)貫通， 渦輪導(dǎo)向器葉片(9)壁面開有多排渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔(23)，燃燒室氣流進(jìn)入燃燒室后分股形成外環(huán)腔氣流( ，內(nèi)環(huán)腔氣流( 和頭部氣流(1)，內(nèi)環(huán)腔氣流( 和外環(huán)腔氣流( 經(jīng)過外火焰筒(7)和內(nèi)火焰筒(8)的摻混孔(4)形成摻混氣流(3)，摻混氣流(3)在火焰筒內(nèi)部與燃燒的頭部氣流(1)在火焰筒內(nèi)部通道及與渦輪導(dǎo)向器葉片(9)形成的收縮通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)摻混、加速和進(jìn)一步的燃燒，形成摻混導(dǎo)向耦合區(qū)，同時(shí)摻混燃?xì)?11) 沖擊渦輪導(dǎo)向器葉片(9)外表面實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片(9)的外部冷卻；所述外環(huán)腔氣流 ⑵，內(nèi)環(huán)腔氣流(5) —部分經(jīng)過內(nèi)火焰筒⑶和外火焰筒(7)的火焰筒渦輪冷卻氣孔(15) 進(jìn)入渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道04)形成渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻氣(12)，對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片(9)內(nèi)部冷卻，經(jīng)渦輪導(dǎo)向器葉片壁面氣膜冷卻孔03)流出形成渦輪導(dǎo)向器葉片冷卻氣膜(18)，實(shí)現(xiàn)外部冷卻；所述的渦輪導(dǎo)向器葉片出口氣流(13)與發(fā)動(dòng)機(jī)軸線的存在夾角，即渦輪導(dǎo)向器葉片安裝切向角(20)，形成燃燒室出口的切向氣流條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述摻混氣流 (3)占燃燒室總空氣流量的10% 50%;燃燒室外環(huán)腔06)和燃燒室內(nèi)環(huán)腔(XT)與外火焰筒⑵和內(nèi)火焰筒(8)內(nèi)的壓降為2% 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述摻混孔(4) 開孔個(gè)數(shù)12 300個(gè)，開孔尺寸為相同大小或大小孔交叉；內(nèi)火焰筒⑶和外火焰筒(7) 的摻混布置方式為一一相對(duì)布置即處在同一周向位置或交叉布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渦輪導(dǎo)向器葉片(9)個(gè)數(shù)為12 60片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渦輪導(dǎo)向器葉片安裝切向角OO)大小為0° 75°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述頭部氣流 (1)經(jīng)過主燃區(qū)與燃油混合當(dāng)量比為0. 6 1. 5，摻混氣流(3)摻混后的總當(dāng)量比為0. 4 1. O。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述渦輪導(dǎo)向器葉片內(nèi)部冷卻通道04)為簡單的冷卻通道或和復(fù)合冷卻通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的外火焰筒⑵和內(nèi)火焰筒⑶的頭部高度是外火焰筒(7)和內(nèi)火焰筒⑶出口高度的1.5 3倍。
全文摘要
燃燒室摻混燃燒導(dǎo)向耦合結(jié)構(gòu)，主要由外機(jī)匣、內(nèi)機(jī)匣、外火焰筒、內(nèi)火焰筒和渦輪導(dǎo)向器葉片構(gòu)成；位于外火焰筒和內(nèi)火焰筒的摻混孔下游的渦輪導(dǎo)向器葉片實(shí)現(xiàn)了摻混、燃燒、導(dǎo)向和冷卻的耦合設(shè)計(jì)，既實(shí)現(xiàn)了摻混氣流與高溫燃?xì)獾膿交?、燃燒，調(diào)節(jié)燃燒室出口溫度分布；又實(shí)現(xiàn)了燃燒室出口氣流導(dǎo)向擴(kuò)壓，為高壓渦輪動(dòng)葉提供切向氣流條件；同時(shí)正對(duì)渦輪導(dǎo)向器葉片的摻混氣流為渦輪導(dǎo)向器葉片提供了外部冷卻空氣，改善了渦輪導(dǎo)向葉片的工作環(huán)境，增強(qiáng)了冷卻效果。渦輪導(dǎo)向葉片內(nèi)部的冷卻空氣由燃燒室環(huán)腔進(jìn)入，簡化了渦輪導(dǎo)向器冷卻氣路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少了渦輪導(dǎo)向器冷卻氣的用量。
文檔編號(hào)F23R3/52GK102175044SQ201110051959
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉高恩, 張弛, 林宇震, 薛鑫, 許全宏, 鄒正平 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)