一種隔熱屏設(shè)計(jì)方法及隔熱屏的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫混合加力燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種隔熱屏設(shè)計(jì)方法及隔熱屏。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室作為高溫部件，其核心流溫度通常高達(dá)2000K以上，必須對(duì)加力燃燒室外壁采取有效的冷卻措施以避免發(fā)生燒蝕，保證具有足夠的可靠性和使用壽命。采用縱向波紋薄板的隔熱屏結(jié)構(gòu)是目前通用的冷卻方式，同時(shí)在隔熱屏表面周向均布?xì)饽だ鋮s孔對(duì)其進(jìn)行冷卻。
[0003]對(duì)于強(qiáng)迫混合加力燃燒室，采用波瓣式強(qiáng)迫混合器混合內(nèi)外涵氣流，但同時(shí)也造成了混合器出口氣流溫度沿周向上的不均勻，隨著氣流的向后流動(dòng)，使得隔熱屏也存在著周向的溫度不均勻，形成高低間隔的溫度條帶。
[0004]隨著隔熱屏壁面溫度分布不均勻現(xiàn)象的產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致冷卻氣流量增加，降低了冷卻效率，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降；同時(shí)，還增加了隔熱屏的周向熱梯度，降低了使用壽命和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種隔熱屏設(shè)計(jì)方法及隔熱屏，以解決目前隔熱屏冷卻效率低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種隔熱屏設(shè)計(jì)方法，隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室的波瓣混合器出口處，所述隔熱屏上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，所述隔熱屏設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0008]步驟一、對(duì)所述加力燃燒室進(jìn)行建模，其中包括所述隔熱屏和所述波瓣混合器；
[0009]步驟二、設(shè)置所述加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法得到所述隔熱屏表面溫度分布；
[0010]步驟三、根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布來(lái)對(duì)所述隔熱屏上的每一組所述冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開(kāi)孔率大于溫度較低位置處的開(kāi)孔率。
[0011]優(yōu)選地，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0012]圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?br>[0013]優(yōu)選地，所述冷卻孔的開(kāi)孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0014]搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。
[0015]優(yōu)選地，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀:
[0016]矩形、圓形、梯形或三角形。
[0017]本發(fā)明還提供了一種隔熱屏，設(shè)置在加力燃燒室的波瓣混合器出口處，所述隔熱屏的上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，且每一組所述冷卻孔的分布是根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開(kāi)孔率大于溫度較低位置處的開(kāi)孔率。
[0018]優(yōu)選地，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0019]圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?br>[0020]優(yōu)選地，所述冷卻孔的開(kāi)孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0021 ] 搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。
[0022]優(yōu)選地，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀:
[0023]矩形、圓形、梯形或三角形。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]本發(fā)明的隔熱屏設(shè)計(jì)方法及隔熱屏，是根據(jù)隔熱屏表面溫度分布來(lái)對(duì)隔熱屏上的每一組冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開(kāi)孔率大于溫度較低位置的所述冷卻孔的開(kāi)孔率，能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能；同時(shí)，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是現(xiàn)有的強(qiáng)迫混合加力燃燒室的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是現(xiàn)有的花瓣混合器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是現(xiàn)有的隔熱屏展開(kāi)后的主視圖；
[0029]圖4是現(xiàn)有的隔熱屏展開(kāi)后的仰視圖；
[0030]圖5是本發(fā)明的隔熱屏展開(kāi)后的主視圖；
[0031]圖6是本發(fā)明的隔熱屏展開(kāi)后的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，其示例表示在附圖中。
[0033]如圖1至圖4所示，現(xiàn)有的強(qiáng)迫混合加力燃燒室包括花瓣混合器1、中心錐2、穩(wěn)定器3、筒體外壁4以及隔熱屏5。其中花瓣混合器結(jié)構(gòu)上分為內(nèi)涵花瓣11和外涵花瓣12 ；內(nèi)涵花瓣11和外涵花瓣12分別導(dǎo)引內(nèi)涵高溫氣流和外涵低溫氣流進(jìn)行混合，隨后噴油燃燒產(chǎn)生可高達(dá)2000K的燃燒產(chǎn)物。
[0034]通常采用隔熱屏5對(duì)筒體外壁4進(jìn)行隔熱保護(hù)，隔熱屏5與筒體外壁4之間流通外涵氣流，同時(shí)隔熱屏5上開(kāi)有冷卻孔6，通過(guò)氣膜冷卻方式對(duì)隔熱屏5進(jìn)行冷卻保護(hù)。并且，隔熱屏5上冷卻孔6的傳統(tǒng)分布方式為周向均勻布置。
[0035]本發(fā)明提供了一種隔熱屏設(shè)計(jì)方法，隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室波瓣混合器出口處，隔熱屏上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔。隔熱屏設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0036]步驟一、對(duì)加力燃燒室進(jìn)行建模，建模目標(biāo)包括隔熱屏和波瓣混合器。其中，模型的建立可以采用多種已知的軟件，例如UG軟件，具體建模過(guò)程此處不再贅述。
[0037]步驟二、設(shè)置加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法得到隔熱屏表面溫度分布；其中，加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件包括溫度、壓力以及速度；同樣，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算方法也可以采用多種已知的軟件，此處優(yōu)選為Ansys軟件，具體計(jì)算過(guò)程此處不再贅述。
[0038]步驟三、根據(jù)隔熱屏表面溫度分布來(lái)對(duì)隔熱屏上的每一組冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開(kāi)孔率大于溫度較低位置的冷卻孔的開(kāi)孔率；夠能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能；同時(shí)，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
[0039]本發(fā)明隔熱屏設(shè)計(jì)方法中的隔熱屏的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)需要進(jìn)行適合的選擇，例如圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影?兩層板)等。同樣，隔熱屏上的冷卻孔的開(kāi)孔形式可以根據(jù)需要進(jìn)行適合的選擇，例如搓板孔、斜孔、平孔或縫槽等。進(jìn)一步，冷卻孔的截面形狀可以根據(jù)需要選擇為矩形、圓形、梯形或三角形等。
[0040]如圖5和圖6所示，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述隔熱屏設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到的隔熱屏，設(shè)置在加力燃燒室波瓣混合器出口處；隔熱屏的上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，且每一組冷卻孔的分布是根據(jù)隔熱屏表面溫度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開(kāi)孔率大于溫度較低位置的冷卻孔的開(kāi)孔率；隔熱屏能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能；同時(shí)，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提尚壽命和可靠性。
[0041]同樣，隔熱屏的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)需要選擇為圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影?兩層板)等；隔熱屏上的冷卻孔的開(kāi)孔形式可以根據(jù)選擇為搓板孔、斜孔、平孔或縫槽等；冷卻孔的截面形狀可以根據(jù)需要選擇為矩形、圓形、梯形或三角形等。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隔熱屏設(shè)計(jì)方法，隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室的波瓣混合器出口處，所述隔熱屏上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，其特征在于，所述隔熱屏設(shè)計(jì)方法包括如下步驟: 步驟一、對(duì)所述加力燃燒室進(jìn)行建模，其中包括所述隔熱屏和所述波瓣混合器； 步驟二、設(shè)置所述加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法得到所述隔熱屏表面溫度分布； 步驟三、根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布來(lái)對(duì)所述隔熱屏上的每一組所述冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開(kāi)孔率大于溫度較低位置處的開(kāi)孔率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱屏設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔熱屏設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述冷卻孔的開(kāi)孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔熱屏設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀: 矩形、圓形、梯形或三角形。5.一種隔熱屏，設(shè)置在加力燃燒室的波瓣混合器出口處，其特征在于，所述隔熱屏的上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，且每一組所述冷卻孔的分布是根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開(kāi)孔率大于溫度較低位置處的開(kāi)孔率。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔熱屏，其特征在于，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隔熱屏，其特征在于，所述冷卻孔的開(kāi)孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的隔熱屏，其特征在于，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀: 矩形、圓形、梯形或三角形。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)迫混合加力燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種隔熱屏設(shè)計(jì)方法及隔熱屏，以解決目前隔熱屏冷卻效率低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降的問(wèn)題。隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室波瓣混合器出口處，隔熱屏上開(kāi)設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，隔熱屏設(shè)計(jì)方法包括如下步驟：對(duì)加力燃燒室進(jìn)行建模，其中包括隔熱屏和波瓣混合器；通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法得到隔熱屏表面溫度分布；根據(jù)隔熱屏表面溫度分布情況，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開(kāi)孔率大于溫度較低位置的冷卻孔的開(kāi)孔率；本發(fā)明的隔熱屏能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能；同時(shí)，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
【IPC分類(lèi)】F23R3/18, F23M9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105180204
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】孫雨超, 張孝春, 單學(xué)慶
【申請(qǐng)人】中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月17日