多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及面向一體化加力燃燒室的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板方案設計。
【背景技術】
[0002]航空發(fā)動機是戰(zhàn)斗機的“心臟”，加力燃燒室對提高發(fā)動機的推力，改善戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)性能極為重要，其內(nèi)部處于高溫、高速、低含氧量的狀態(tài)，因此要組織起有效的燃燒較為困難，所以火焰穩(wěn)定器是加力燃燒室的核心部件?，F(xiàn)在廣泛應用的是鈍體穩(wěn)焰裝置，主要以截面形狀呈V形的周向徑向V形槽火焰穩(wěn)定器為主，并有與之匹配的復雜的油路和噴油裝置，其他形式的鈍體火焰穩(wěn)定器，如沙丘駐渦火焰穩(wěn)定器也正在得到應用。
[0003]傳統(tǒng)的加力燃燒室結(jié)構(gòu)雖然可以在短時間內(nèi)極大地提高發(fā)動機的推力，但是其自身單獨設置的穩(wěn)焰和供油裝置也制約了發(fā)動機推重比的進一步提高，如犧牲了 6-8%的總壓，長度增加1.3-1.5米，重量增加20-25%等。同時由于現(xiàn)有火焰穩(wěn)定器屬于固定結(jié)構(gòu)，不能匹配發(fā)動機工作狀態(tài)的變化，帶來額外的附加重量和流動損失，尤其在非加力狀態(tài)，其造成的流動損失都是毫無意義的。而且由于穩(wěn)焰和供油裝置直接布置在流道中，使對其進行的冷卻工作也變得極為困難。
[0004]很多學者針對上述問題做了諸多探索。其中之一便是一體化的加力燃燒室的概念的提出，這一方案取消了單獨設置的火焰穩(wěn)定器和油路系統(tǒng)，對渦輪后框架支板進行改造，利用突擴原理和后臺階效應實現(xiàn)火焰穩(wěn)定，從而大大簡化了加力燃燒室的結(jié)構(gòu)，降低了發(fā)動機的重量，減少了流動損失。
[0005]一體化加力燃燒室方案在一定程度上克服了傳統(tǒng)加力燃燒室的的固有缺點，但是仍然存在較大問題:如因為其尾緣突擴尺寸較小，回流區(qū)面有限，穩(wěn)焰效果不能盡如人意。在非加力狀態(tài)，突擴結(jié)構(gòu)仍然會產(chǎn)生不必要的流動損失。因此截錐支板方案可能陷入了一個尷尬的境地一一在非加力狀態(tài)源源不斷的產(chǎn)生流動損失，在加力狀態(tài)又因回流區(qū)尺寸小、強度差而穩(wěn)焰效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述問題，本發(fā)明提出了一種新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的解決方案，將渦輪后框架支撐支板進行三段設計，即流線型的頭部、多功能支板主結(jié)構(gòu)、模態(tài)可調(diào)尾部。其中流線型頭部又稱頭罩，用以安置保護值班噴油桿；多功能支板主結(jié)構(gòu)具有多種功能，其前后皆有腔道，分別為充填噴油桿插孔和冷卻氣引氣孔，側(cè)壁開鑿兩道凹腔結(jié)構(gòu)用于形成凹腔駐渦，支板主結(jié)構(gòu)本身與頭部進行焊接處理，充填噴油桿插孔有噴油孔對應，冷卻氣孔除了冷卻支板本身，還分別向前向后引氣加強燃油氣動霧化以及尾部的冷卻；模態(tài)可調(diào)尾部能夠根據(jù)發(fā)動機的工作狀態(tài)，調(diào)整自身模態(tài)，實現(xiàn)最優(yōu)匹配，還可以通過自身偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)整流目的，改善流場均勻性；整個新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板具有供油、噴油、穩(wěn)焰、聯(lián)焰、整流冷卻的多重功能，同時具有低阻、高效的特點。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于包括:
[0008]帶值班噴油桿插孔的全流線型頭部；
[0009]帶充填噴油桿插孔和冷卻氣進氣孔的多功能支板主體；
[0010]帶有模態(tài)調(diào)節(jié)裝置的尾部，
[0011]其中，尾部的狀態(tài)可被控制在處于以下狀態(tài)之一:
[0012]尾部呈現(xiàn)閉合形態(tài)的非加力狀態(tài)；
[0013]尾部呈現(xiàn)張開形態(tài)的加力狀態(tài)；
[0014]尾部呈現(xiàn)閉合形態(tài)并單側(cè)偏轉(zhuǎn)的整流狀態(tài)。
【附圖說明】
[0015]圖1A — IC分別示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的三種工作狀態(tài)和相關構(gòu)件。
[0016]圖1D和IE示意的顯示了普通后框架承力支板與多功能模態(tài)可調(diào)支板的結(jié)構(gòu)對比差異。
[0017]圖2A和2B示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的兩種尾部控制實現(xiàn)方式，以及其中一種控制方式的詳細作動原理。
[0018]圖3示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的整體冷卻流路圖設計和燃油噴射的的氣動霧化設計。
[0019]圖4示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的流場氣流和穩(wěn)焰低速回流結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1A-1C所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的三種工作狀態(tài)包括:
[0021]非加力狀態(tài)時尾部呈現(xiàn)閉合狀態(tài)(圖1A中的“模態(tài)A”)；
[0022]加力狀態(tài)時尾部呈現(xiàn)無級張開角度狀態(tài)(圖1B中的“模態(tài)B”)；
[0023]整流狀態(tài)時尾部呈現(xiàn)閉合無級偏轉(zhuǎn)角度狀態(tài)(圖1C中的“模態(tài)C”)。
[0024]相應地，如圖1A所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板包括:
[0025]一個帶值班噴油桿插孔4的全流線型頭部I ;
[0026]一個帶充填噴油桿插孔5和冷卻氣進氣孔6的多功能支板主體2 ；
[0027]一個無級模態(tài)可調(diào)的支板尾部3。
[0028]如圖1D所示，為普通渦輪后框架支板的常規(guī)流線型外形。
[0029]如圖1E所示，為處于尾部張開狀態(tài)的根據(jù)本發(fā)明的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板。
[0030]如圖2A所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的尾部控制方案包括:
[0031]由外部動力驅(qū)動的主動輪7，主動輪由固定軸8實現(xiàn)定位；
[0032]對齒條運動起輔助作用的從動輪9，從動輪由固定軸10實現(xiàn)定位，固定軸8與10插入在支板主體2中，實現(xiàn)自身固定；
[0033]受主動輪7的齒輪驅(qū)動做直線運動的雙面齒條11，齒條中部加工有運動定位縫30，并通過鉸鏈機構(gòu)12與推桿13和16鉸接；
[0034]分別通過鉸鏈機構(gòu)14、17與推桿13、16鉸接的翅片15、18，兩個翅片15、18通過推桿13、16的傳力實現(xiàn)自身張開/閉合控制，同時通過固定軸19實現(xiàn)定位；
[0035]其中，在尾部張開控制上，通過主動輪7的逆時針轉(zhuǎn)動，驅(qū)動雙面齒條11向右側(cè)運動，從而推動推桿13、16做功，從而實現(xiàn)翅片15、18的張開運動；
[0036]在尾部閉合控制上，通過主動輪7的順時針轉(zhuǎn)動即可，其作動原理與張開控制相對應。
[0037]如圖3和圖1A所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的整體冷卻流路和燃油噴射的的氣動霧化部分包括:
[0038]通過冷卻氣進氣孔6從外涵道引入的低溫主冷卻氣20，主冷卻氣20首先對支板主體2進行冷卻，此后分為前后兩股，一股為向后進入后流腔道21的后流冷卻氣24，從而對翅片15、18的外側(cè)進行氣膜冷卻，另一股為向前進入前流腔道22的前流冷卻氣25，前流冷卻氣25 —方面進入充填噴油桿插孔5，對之形成冷卻，另一方面通過充填噴油孔23和燃油一起向外流場噴出，實現(xiàn)燃油的氣動霧化。
[0039]如圖3和4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的新型多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板的流場氣流和穩(wěn)焰低速回流結(jié)構(gòu)包括:
[0040]主流流經(jīng)支板外流場時在側(cè)壁凹腔28處形成的凹腔駐渦結(jié)構(gòu)26，主流在尾部3處于張開狀態(tài)時因回流而出現(xiàn)的尾部大尺度主漩渦結(jié)構(gòu)27，通過這兩個低速回流區(qū)26和27，實現(xiàn)一體化加力燃燒室的有效穩(wěn)焰和聯(lián)焰。
[0041]以上僅是本發(fā)明的具體應用范例，對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于包括: 帶值班噴油桿插孔(4)的全流線型頭部(I); 帶充填噴油桿插孔(5)和冷卻氣進氣孔￠)的多功能支板主體(2); 帶有模態(tài)調(diào)節(jié)裝置的尾部(3)， 其中，尾部(3)的狀態(tài)可被控制在處于以下狀態(tài)之一: 尾部呈現(xiàn)閉合形態(tài)的非加力狀態(tài)(A); 尾部呈現(xiàn)張開形態(tài)的加力狀態(tài)(B); 尾部呈現(xiàn)閉合形態(tài)并單側(cè)偏轉(zhuǎn)的整流狀態(tài)(C)。
2.如權(quán)利要求1所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于: 尾部⑶與支板主體⑵之間設置有冷卻縫隙(29)，后流冷卻氣(24)通過該冷卻縫隙對尾部(3)進行熱防護。
3.如權(quán)利要求2所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于: 所述流線型頭部(I)帶有值班噴油桿插孔(4)。
4.如權(quán)利要求2所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于所述支板主體(2)包括: 向后引氣的后流腔道(21)， 向前引氣的前流腔道(22)， 向主流噴油的噴油孔(23)，以及 側(cè)壁開鑿的凹腔結(jié)構(gòu)(28)。
5.如權(quán)利要求2所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于所述可調(diào)尾部(3)包括: 由外力驅(qū)動的主動輪(7)， 起輔助作用的從動輪(9)， 起傳力作用的雙面齒輪條(11)， 起推動作用的推桿(13、16)，以及 作動控制主體翅片(15、18)。
6.如權(quán)利要求4所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于: 所述向后引氣的后流腔道(21)向后方引入后流冷卻氣(24)進入冷卻氣縫(29)，對翅片(15、18)進行冷卻； 所述向前引氣的前流腔道(22)向前方引入前流冷卻氣(25)進入充填噴油桿插孔(5)對之實現(xiàn)冷卻，并最終從充填噴油孔(23)噴出，實現(xiàn)燃油的氣動霧化； 所述側(cè)壁凹腔結(jié)構(gòu)(28)在其內(nèi)部形成駐渦結(jié)構(gòu)(26)，實現(xiàn)穩(wěn)焰。
7.如權(quán)利要求5所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于: 所述主動輪(7)和從動輪(9)分別通過固定軸(8、10)實現(xiàn)定位； 所述雙面齒條(11)中部開有定位縫(30)，通過固定軸(19)實現(xiàn)直線運動，并通過鉸鏈機構(gòu)(12)與推桿(13、16)進行連接； 所述推桿(13、16)通過鉸鏈機構(gòu)與翅片(15、18)連接，實現(xiàn)控制。
8.如權(quán)利要求1所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于: 所述尾部呈現(xiàn)張開形態(tài)的加力狀態(tài)(B)時，尾部形成大尺度的漩渦結(jié)構(gòu)(27)，實現(xiàn)支板的有效穩(wěn)焰和聯(lián)焰。
9.如權(quán)利要求1所述的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板，其特征在于: 支板主體(2)與頭部(I)通過組合加工而制成。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板方案，將傳統(tǒng)的渦輪后框架支板改造成具有供油、噴油、穩(wěn)焰、整流、冷卻功能，同時低阻、高效的多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板方案。這一方案在非加力狀態(tài)流阻損失??；在加力狀態(tài)背風區(qū)大，產(chǎn)生的漩渦尺寸大、強度高、穩(wěn)定性好，能夠有效穩(wěn)焰聯(lián)焰，并提高燃燒效率；在整流狀態(tài)有助于改善流場均勻性。另外，通過支板內(nèi)部的冷卻氣孔，對自身冷卻并向后方噴射形成冷卻氣膜，向前方噴射實現(xiàn)燃油氣動霧化，解決了單獨設立的火焰穩(wěn)定器難以冷卻以及燃油霧化質(zhì)量差的難題。這一方案替代了原有加力燃燒室單獨設置的火焰穩(wěn)定器和油路系統(tǒng)，縮短了加力燃燒室長度、降低重量、減少零件數(shù)量，增大了發(fā)動機推重比的提升空間。
【IPC分類】F23R3-20
【公開號】CN104776448
【申請?zhí)枴緾N201510107119
【發(fā)明人】金捷, 王偉龍, 劉鄧歡, 王方, 劉玉英
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月11日