一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒，本实用新型专利技术的火焰筒因其参与燃烧室燃烧过程中包括燃烧，掺混，冷却的全过程所以火焰筒壁面开孔多且规格不一，采用增材打印的方式加工的孔型精度符合要求且无需额外的机械加工处理步骤，更为高效。本实用新型专利技术通过对直流燃烧室火焰筒一体化的设计方案，利用增材打印这一加工方式，对于这种复杂的部件，无需额外的刀具或其他复杂步骤进行加工，节省加工成本和工时，设计自由度更高。设计自由度更高。设计自由度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒


[0001]本技术属于发动机领域，具体涉及一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒。

技术介绍

[0002]燃烧室是航空发动机的核心部件，在整个发动机运行工况中承担着将化学能转化为内能并提高空气热焓的决定性任务，其性能好坏直接关系到发动机的整体技术水平。而燃烧室中燃油燃烧化学能转化均是在火焰筒中进行，火焰筒是燃烧室最为主要的组件，有着极为苛刻的工作条件和极高的性能要求。
[0003]由于火焰筒工作环境苛刻，而且小发动机火焰筒对加工精度要求更高，运用传统钣金加工方法加工流程复杂，加工难度高，用时较长，同时在生产过程中对微型发动机火焰筒这一小设计件可能需另生产装夹装配模具，进一步加大成本和生产时间。并且由于在燃烧室中需要考虑流道面积比以及与涡轮的装配问题，其曲面形状并不规则，若采用传统机械加工，无法一体成型，需将火焰筒头部，掺混段和装配段分开加工。同时，考虑到火焰筒为薄壁回转零部件，结构刚性差，切削性差，而燃烧室中为保证燃烧完全主燃区燃烧温度可达2000度，对装配的过程中过盈量的要求和受热形变量需严格把控。
[0004]使用传统机械加工出的火焰筒，由于无法一体成型，在采用焊接或其他连接方式的装配处，在燃烧室高温工况和之后冷却过程中收缩受到阻碍，会导致一定的拉伸变形，如果这种变形超过金属自身的塑性就会产生断裂，逐渐产生疲劳裂缝。尤其是钣金焊接火焰筒，焊接故障相当突出。通过增材打印的整体加工火焰筒，全面改善了结构上的完整性及耐久性。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于克服上述不足，提供一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒，能够适用于增材打印，需额外的刀具或其他复杂步骤进行加工，节省加工成本和工时，设计自由度更高。
[0006]为了达到上述目的，本技术包括火箭筒本体，火箭筒本体头部设置有头部进气孔，火箭筒本体筒壁上开设有若干主燃孔和若干定位槽，火箭筒本体上开设有若干冷却小孔和掺混孔，火箭筒本体上开设有点火器孔，火箭筒本体内设置有若干蒸发管，火箭筒本体和蒸发管为一体化设计。
[0007]火箭筒本体包括燃烧段和收缩段，收缩段的偏移角度为40度。
[0008]头部进气孔和冷却小孔的孔径为1-2mm。
[0009]掺混孔的孔径为5mm。
[0010]蒸发管的头部为实心柱体，蒸发管从火箭筒本体后部伸出在主燃区内为伞状结构，在主燃区内的蒸发管上开设有若干菱形开孔。
[0011]点火器孔采用下方为圆形上方切向闭合的水滴状孔型。
[0012]与现有技术相比，本技术的火焰筒因其参与燃烧室燃烧过程中包括燃烧，掺混，冷却的全过程所以火焰筒壁面开孔多且规格不一，采用增材打印的方式加工的孔型精度符合要求且无需额外的机械加工处理步骤，更为高效。本技术通过对直流燃烧室火焰筒一体化的设计方案，利用增材打印这一加工方式，对于这种复杂的部件，无需额外的刀具或其他复杂步骤进行加工，节省加工成本和工时，设计自由度更高。
[0013]进一步的，火焰筒收缩段中部设计管状通道并与主燃区附近设计数排菱形通孔便于燃油排出至主燃区附近参与燃烧，在再之后设计伞状实心支撑柱，既起到了蒸发管的自支撑作用并且实心的设计使得从蒸发管送出的燃油不至于经由头部进气孔逸出至燃烧室内外通道，影响燃烧室燃烧状况乃至烧损燃烧室元件。
附图说明
[0014]图1为本技术的结构示意图；
[0015]图2为图1中C-C面剖视图；
[0016]图3为本技术中蒸发管的示意图。
[0017]其中，1-头部进气孔，2-主燃孔，3-定位槽，4-冷却小孔，5-掺混孔，6-点火器孔，7-蒸发管，8-火箭筒本体。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本技术做进一步说明。
[0019]参见图1、图2和图3，本技术包括火箭筒本体8，火箭筒本体8头部设置有头部进气孔1，火箭筒本体8筒壁上开设有若干主燃孔2和若干定位槽3，火箭筒本体8上开设有若干冷却小孔4和掺混孔5，火箭筒本体8上开设有点火器孔6，火箭筒本体8内设置有若干蒸发管7，火箭筒本体8和蒸发管7为一体化设计，蒸发管7的头部为实心柱体，蒸发管7从火箭筒本体8后部伸出在主燃区内为伞状结构，在主燃区内的蒸发管7上开设有若干菱形开孔。
[0020]火箭筒本体8包括燃烧段和收缩段，收缩段的偏移角度为40度。头部进气孔和冷却小孔的孔径为1-2mm。掺混孔5的孔径为5mm。点火器孔6采用下方为圆形上方切向闭合的水滴状孔型。
[0021]为保证燃烧室通道流道面积比和装配问题，火焰筒筒身在掺混段后会进行一定以使火焰筒出口段与涡轮进口处衔接，同时为了保证金属打印时自支撑问题，通过对燃烧室火焰筒长度的计算校验。考虑上述因素，保证收缩段偏移角度保持在40度的同时火焰筒总体尺寸符合燃烧室长度校验，小于自支撑最大转角45度。火焰筒进气孔孔径设计也应满足增材打印的直径限制，经由初始阶段设计完成各类进气孔总面积后，将头部进气孔和冷却小孔控制在1-2mm范围，主燃区进气孔和掺混段进气孔控制在5mm左右，满足增材打印对自支撑看孔径限制要求。因为微小型发动机燃烧室内空间小，油滴雾化方面无法安装雾化喷嘴，在油滴雾化方面本型微小型发动机选用蒸发管设计，火焰筒和蒸发管为保证火焰筒气密性减少安装成本，采用一体化设计。蒸发管作用是将小流量燃油雾化，其工作原理是将低压燃油在蒸发管进口处喷入蒸发管中，燃油与进入火焰筒中的高温气流进行掺混，进而在处于高温主燃区的炽热蒸发管壁面加热作用下，混气的部分燃油被加热蒸发。但蒸发管燃烧范围较窄，起动较为困难，有时需要辅助点火装置，因此，蒸发管燃油蒸发出口应在主燃
区附近。为了防止蒸发管出口在主燃区附近导致悬空无法做到金属打印自支撑，设计了蒸发管结构，将蒸发管从火焰筒后部伸出在主燃区附近设计伞状结构伸至头部与头部构成一体，在主燃区附近设计数排菱形开孔(菱形开孔是为保证开孔上半部分保证金属自支撑)使燃油送至主燃区附近排出参与燃烧。另外，为防止头部进气孔与蒸发管形成通路阻碍燃油输送，设计头部进气孔排布使蒸发管在头部连接处并不导通，且头部进气量满足初始设计要求。从火焰筒收缩段中部设计管状通道并与主燃区附近设计数排菱形通孔便于燃油排出至主燃区附近参与燃烧，在再之后设计伞状实心支撑柱，既起到了蒸发管的自支撑作用并且实心的设计使得从蒸发管送出的燃油不至于经由头部进气孔逸出至燃烧室内外通道，影响燃烧室燃烧状况乃至烧损燃烧室元件。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒，其特征在于，包括火箭筒本体(8)，火箭筒本体(8)头部设置有头部进气孔(1)，火箭筒本体(8)筒壁上开设有若干主燃孔(2)和若干定位槽(3)，火箭筒本体(8)上开设有若干冷却小孔(4)和掺混孔(5)，火箭筒本体(8)上开设有点火器孔(6)，火箭筒本体(8)内设置有若干蒸发管(7)，火箭筒本体(8)和蒸发管(7)为一体化设计。2.根据权利要求1所述的一种适用于增材打印的微小型发动机火焰筒，其特征在于，火箭筒本体(8)包括燃烧段和收缩段，收缩段的偏移角度为40度。3.根据权利要求1所述的一种适用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志平，李资晨，陈喆，刘林涛，姚远，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：