本實(shí)用新型涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的火焰筒。
背景技術(shù)：
：燃?xì)廨啓C(jī)廣泛應(yīng)用于發(fā)電和航空領(lǐng)域，在燃?xì)廨啓C(jī)中,經(jīng)壓氣機(jī)流出的高壓空氣與燃料(航空煤油)混合后,在燃燒室火焰筒內(nèi)充分燃燒,主燃區(qū)最高溫度可達(dá)2400K,而目前火焰筒壁金屬材料正常工作溫度在1300K以下。為使火焰筒能夠在遠(yuǎn)超其正常工作溫度下可靠工作，主要采取對(duì)火焰筒進(jìn)行冷卻的方法。為追求更高的燃?xì)廨啓C(jī)綜合性能，現(xiàn)代先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室出口溫度的不斷提高，火焰筒內(nèi)燃燒溫度也不斷提升。對(duì)應(yīng)著，一方面燃燒室進(jìn)口高壓空氣溫度不斷提升，冷卻氣冷卻能力減弱；另一方面用于燃料燃燒和高壓渦輪冷卻的空氣量增大，造成可用于火焰筒冷卻的空氣比例不斷降低，對(duì)燃燒室火焰筒壁冷卻設(shè)計(jì)提出更高要求，研究更為有效的火焰筒冷卻型式尤為重要。用于燃燒室火焰筒冷卻的方式有氣膜冷卻、對(duì)流氣膜冷卻、沖擊氣膜冷卻、發(fā)散冷卻和層板冷卻等，其基本冷卻原理都是冷氣從燃燒室內(nèi)外環(huán)腔進(jìn)入火焰筒內(nèi)，在火焰筒壁板熱側(cè)表面形成一層氣膜，氣膜緊貼火焰筒壁板熱側(cè)面流動(dòng)，氣膜起到冷卻壁面和隔離燃?xì)鉀_刷火焰筒壁面的作用，氣膜品質(zhì)的好壞直接影響了冷卻氣的冷卻效率?，F(xiàn)有大多研究都是通過改變冷卻孔的形式和布置方式，以提升火焰筒壁板熱側(cè)氣膜品質(zhì)。波紋翅片為強(qiáng)化傳熱常用的結(jié)構(gòu)，波紋翅片可有效促進(jìn)空氣湍動(dòng)、分離和破壞熱阻邊界層，可有效增加對(duì)流換熱面積，提高熱傳遞效率。授權(quán)公告號(hào)為CN105042639A的中國發(fā)明專利公開了一種帶外部冷卻器結(jié)構(gòu)的火焰筒，其主要特征為在火焰筒外部低溫環(huán)境中增加散熱器，當(dāng)火焰筒工作時(shí)，液態(tài)或氣態(tài)冷卻劑在火焰筒壁內(nèi)部的空腔與散熱器之間循環(huán)，將火焰筒壁的熱量轉(zhuǎn)移至外部低溫環(huán)境中，保護(hù)火焰筒不被燒壞。采用冷卻劑及換熱器實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰筒的冷卻，不需要使用壓氣機(jī)出口空氣進(jìn)行冷卻且無須使用成本高昂的新材料，為此種結(jié)構(gòu)火焰筒結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。但由于其增設(shè)了火焰筒壁內(nèi)部空腔，環(huán)腔內(nèi)增設(shè)換熱管道，外部掛設(shè)龐大的換熱器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較大、加工難度大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡要概述以提供對(duì)這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的火焰筒，該火焰筒帶有翅片結(jié)構(gòu)，使得冷卻氣體熱邊界層與流動(dòng)邊界層不斷分離、重組，進(jìn)而能夠比現(xiàn)有技術(shù)更好地對(duì)燃燒筒進(jìn)行降溫。根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種燃燒室的火焰筒，所述燃燒室包括外機(jī)匣和內(nèi)機(jī)匣，在所述外機(jī)匣和所述內(nèi)機(jī)匣的連接處設(shè)置有開口，所述火焰筒位于所述燃燒室的外機(jī)匣和內(nèi)機(jī)匣圍成的腔體內(nèi)，所述火焰筒的頭部與所述開口對(duì)應(yīng)，所述外機(jī)匣和所述火焰筒的外筒壁之間外環(huán)腔，所述內(nèi)機(jī)匣和所述火焰筒的內(nèi)筒壁之間形成內(nèi)環(huán)腔，冷卻氣體經(jīng)所述開口進(jìn)入所述燃燒室，并穿過所述外環(huán)腔和所述內(nèi)環(huán)腔，所述火焰筒的所述外筒壁朝向外環(huán)腔一側(cè)的外壁和所述內(nèi)筒壁朝向內(nèi)環(huán)腔一側(cè)的外壁上設(shè)置有多個(gè)翅片結(jié)構(gòu)，所述翅片結(jié)構(gòu)沿著所述冷卻氣體來流方向設(shè)置。在一實(shí)施例中，所述火焰筒的所述外筒壁和所述內(nèi)筒壁上開設(shè)有穿孔。在一實(shí)施例中，所述穿孔在所述火焰筒的所述外筒壁和所述內(nèi)筒壁上均勻分布。在一實(shí)施例中，所述外筒壁和所述內(nèi)筒壁上的所述穿孔的延伸方向與自身所在位置的壁面切線呈一夾角，以朝所述冷卻氣體來流方向傾斜。在一實(shí)施例中，所述夾角為10°～90°。在一實(shí)施例中，所述穿孔為圓孔，所述圓孔的直徑為0.5～4mm。在一實(shí)施例中，所述翅片結(jié)構(gòu)沿著其長度方向呈正弦波狀。在一實(shí)施例中，相鄰的翅片結(jié)構(gòu)在火焰筒的相同的圓周截面上的間距相等。在一實(shí)施例中，所述翅片結(jié)構(gòu)的高度為4～15mm。在一實(shí)施例中，所述開口處設(shè)置有擴(kuò)壓器，用于將所述冷卻氣體加壓后送入所述燃燒室。本實(shí)用新型通過葉片結(jié)構(gòu)的設(shè)置，增大了熱交換面積，同時(shí)使環(huán)腔冷卻氣熱邊界層與流動(dòng)邊界層不斷分離、重組，大大增強(qiáng)了火焰筒的降溫能力。附圖說明在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。圖1示出了傳統(tǒng)的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了本實(shí)用新型火焰筒的筒壁一個(gè)方面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了帶有正弦波狀翅片結(jié)構(gòu)的火焰筒壁的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。本實(shí)用新型提供了一種在筒壁上帶有翅片結(jié)構(gòu)的火焰筒，同時(shí)在筒壁上設(shè)置有帶有偏轉(zhuǎn)角度的孔，增強(qiáng)熱交換的同時(shí)，更有利于形成覆蓋面更好的冷卻氣膜。為了更好理解本實(shí)用新型，請(qǐng)參看圖1，圖1示出了傳統(tǒng)的用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖。燃燒室是繞著發(fā)動(dòng)機(jī)軸線111的圓周連續(xù)分布的，圖1中僅示出了一個(gè)燃燒室的示意圖。燃燒室10包括外機(jī)匣101和內(nèi)機(jī)匣102，所謂外機(jī)匣是指相對(duì)遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)軸線111的燃燒室外殼，所謂內(nèi)機(jī)匣是指相對(duì)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)軸線111的燃燒室外殼，外機(jī)匣101和內(nèi)機(jī)匣102共同組成燃燒室腔體112?；鹧嫱?03位于燃燒室腔體112內(nèi)，與燃燒室外機(jī)匣和內(nèi)機(jī)匣的結(jié)構(gòu)類似，火焰筒103具有外筒壁1031和內(nèi)筒壁1032，所謂外筒壁是指相對(duì)遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)軸線111的火焰筒外殼，所謂內(nèi)筒壁是指相對(duì)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)軸線111的火焰筒外殼，外筒壁1031和內(nèi)筒壁1032共同組成火焰筒腔體1033。這樣，燃燒室的外機(jī)匣101和火焰筒的外筒壁1031之間形成外環(huán)腔113，燃燒室的內(nèi)機(jī)匣102和火焰筒的內(nèi)筒壁1032的內(nèi)筒壁之間形成內(nèi)環(huán)腔114。燃燒室10的外殼設(shè)置有開口104，開口104即在外機(jī)匣101和內(nèi)機(jī)匣102的連接出，也可以理解，開口104將燃燒室10的外殼分為外機(jī)匣101和內(nèi)機(jī)匣102?；鹧嫱驳念^部1034與開口104對(duì)應(yīng)，這樣，冷卻氣體從開口104進(jìn)入燃燒室10內(nèi)部，并沿著外環(huán)腔113和內(nèi)環(huán)腔114深入燃燒室10內(nèi)部。在冷卻氣體在外環(huán)腔113和內(nèi)環(huán)腔114流動(dòng)的形成冷卻氣膜，冷卻氣膜緊貼火焰筒的外筒壁1031和內(nèi)筒壁1032流動(dòng)，通過火焰筒的外筒壁1031和內(nèi)筒壁1032吸收火焰筒內(nèi)的熱量，達(dá)到對(duì)火焰筒降溫的目的。本實(shí)用新型的核心內(nèi)容在于對(duì)火焰筒的外筒壁和內(nèi)筒壁進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，使得改進(jìn)后的火焰筒結(jié)構(gòu)能夠更好地利用冷卻氣體對(duì)火焰筒進(jìn)行降溫。請(qǐng)參看圖2，圖2示出了本實(shí)用新型火焰筒的筒壁一個(gè)方面的結(jié)構(gòu)示意圖?；鹧嫱?0的外筒壁朝向外環(huán)腔一側(cè)的外壁和內(nèi)筒壁朝向內(nèi)環(huán)腔一側(cè)的外壁上設(shè)置有多個(gè)翅片結(jié)構(gòu)201，翅片結(jié)構(gòu)201沿著冷卻氣體來流方向設(shè)置。也就是說，翅片結(jié)構(gòu)201的設(shè)置是順著冷卻氣體的運(yùn)動(dòng)的，而不是要阻隔冷卻氣體的運(yùn)動(dòng)。翅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以增大火焰筒外壁與冷卻氣體的接觸面積，進(jìn)而能夠增強(qiáng)冷卻氣體與火焰筒的熱交換，從而能夠更好地對(duì)火焰筒進(jìn)行降溫。另一方面，翅片結(jié)構(gòu)可以在冷卻氣體流動(dòng)方向上，分割冷卻氣體，使環(huán)腔內(nèi)熱邊界層與流動(dòng)邊界層斷裂、重組，提高火焰筒外壁冷側(cè)對(duì)流換熱效果，強(qiáng)化火焰筒外壁冷側(cè)冷卻效果，從而將整個(gè)火焰筒的溫度降低。在一實(shí)施例中，火焰筒20的外筒壁和內(nèi)筒壁上開設(shè)有穿孔202。穿孔202的設(shè)置，使得冷卻氣體能夠通過穿孔202進(jìn)入火焰筒內(nèi)部，在火焰筒壁內(nèi)側(cè)形成全覆蓋氣膜或沖擊氣流，從而更好地對(duì)火焰筒20進(jìn)行降溫。在一實(shí)施例中，穿孔202在火焰筒20的筒壁203上均勻分布。均勻分布的目的是為了讓冷卻氣膜更加均勻，冷卻氣膜越均勻，熱交換越充分，對(duì)火焰筒的降溫效果越好。更優(yōu)地，穿孔202的延伸方向與所在位置的壁面切線呈一夾角，以朝冷卻氣體來流方向傾斜。這樣，能夠使得冷卻氣體更好地進(jìn)入燃燒室內(nèi)，并在燃燒室的筒壁上形成更好的冷卻氣膜。在一實(shí)施例中，穿孔202的延伸方向與所在位置的壁面切線呈的夾角為10°～90°。根據(jù)傳統(tǒng)燃燒室的尺寸大小，在一實(shí)施例中，穿孔202為圓孔，圓孔的直徑為0.5～4mm。避免圓孔的排列出現(xiàn)過密或過梳的情況。在一優(yōu)選實(shí)施例中，翅片結(jié)構(gòu)沿著其長度方向呈正弦波狀，具體請(qǐng)參看圖3，圖3示出了帶有正弦波狀翅片結(jié)構(gòu)的火焰筒壁的結(jié)構(gòu)示意圖，翅片結(jié)構(gòu)301在火焰筒壁外側(cè)呈正弦波狀延伸。呈正弦波狀的翅片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加大了火焰筒壁筒與冷卻氣體的接觸面積，增強(qiáng)火焰同的降溫效果。此種設(shè)計(jì)還能夠增強(qiáng)冷卻氣體的擾流，從而更好地對(duì)火焰筒進(jìn)行降溫。在一實(shí)施例中，相鄰的翅片結(jié)構(gòu)在火焰筒的相同的圓周截面上的間距相等。由于火焰筒頭部的圓周直徑和尾部的圓周直徑不同，翅片結(jié)構(gòu)不一定是相互平行的，可能在火焰筒頭部較密，而在火焰筒尾部較疏。但只要保持相鄰的翅片結(jié)構(gòu)在火焰筒的相同的圓周截面上的間距相等，就能夠時(shí)冷卻氣體在火焰筒壁上均勻分布，避免火焰筒局部溫度過高的情況。翅片結(jié)構(gòu)的不宜過高，過高會(huì)耗費(fèi)更多材料，增加制造成本，翅片結(jié)構(gòu)也不宜過低，過低會(huì)減小冷卻氣體與火焰筒的接觸面積，進(jìn)而不利于對(duì)火焰筒的降溫。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般選取翅片結(jié)構(gòu)的高度為4～15mm為宜。在一實(shí)施例中，燃燒室的開口處置有擴(kuò)壓器，用于將冷卻氣體加壓后送入燃燒室。對(duì)冷卻氣體加壓，會(huì)使得冷卻氣體的流速更快，進(jìn)而使得冷卻氣體與火焰筒能夠更快地進(jìn)行熱交換，進(jìn)而提高火焰筒的降溫能力。為了驗(yàn)證本實(shí)用新型的換熱效果，選定運(yùn)行工況參數(shù)，分別對(duì)常規(guī)冷卻結(jié)構(gòu)和實(shí)用新型的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維CFD流固耦合計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。表1計(jì)算結(jié)果壁面溫度/K工況一常規(guī)火焰筒結(jié)構(gòu)1195.46帶翅片結(jié)構(gòu)火焰筒1128.73從表1可以看出，利用本實(shí)用新型的冷卻結(jié)構(gòu)的火焰筒和常規(guī)的火焰筒相比，火焰筒壁面溫度降低66.73K，傳熱效果改善明顯。本實(shí)用新型帶翅片結(jié)構(gòu)的火焰筒壁的加工方法，包括：在固定厚度的火焰筒壁平板上，通過激光切割方法,在火焰筒壁平板上切割一定角度的圓形貫穿孔；通過圓轂將火焰筒壁平板壓制成圓筒形的火焰筒壁板；將翅片結(jié)構(gòu)釬焊在火焰筒壁的外側(cè)，形成帶有翅片結(jié)構(gòu)和穿孔的火焰筒壁。提供對(duì)本公開的先前描述是為使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能夠制作或使用本公開。對(duì)本公開的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的，且本文中所定義的普適原理可被應(yīng)用到其他變體而不會(huì)脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中所描述的示例和設(shè)計(jì)，而是應(yīng)被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一致的最廣范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3