一种高效的发散孔冷却结构制造技术

本发明专利技术提供了一种高效的发散孔冷却结构，包括多个设置在火焰筒壁面的发散孔；所述发散孔的一端为进气口，另一端为出气口；所述进气口的孔径为初始孔径，出气口的孔径沿展向扩张角扩张，且沿轴向间距不变；所述发散孔中心线在火焰筒周向间距上与火焰筒轴线间设有偏角，沿火焰筒轴线方向发散孔中心线与火焰筒热侧壁面间设置倾角。本发明专利技术结构简单，大幅提高了发散孔内换热，在更前端的位置充分发展形成均匀气膜；冷却效率高，重量轻，火焰筒壁面温度梯度小，保证在高热负荷和低冷却气量情况下火焰筒不被烧蚀，从而满足现代航空发动机研制需要。要。要。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的发散孔冷却结构


[0001]本专利技术涉及一种高效的发散孔冷却结构，具体涉及一种用于航空发动机燃烧室火焰筒的高效冷却结构。

技术介绍

[0002]在航空发动机燃烧室中，冷却是保护火焰筒免受损坏，并提高其寿命的重要的热防护措施。随着航空发动机性能的不断提高使得燃烧室向着高温升、低污染方向发展，参与燃烧的空气量大幅增加，用于冷却火焰筒壁面的空气量则大大减少，同时压气机压比的提高亦使得空气的冷却潜能降低，而传统发散孔为防止被碳烟粒子堵塞孔径不能设置太小，这样将导致冷却效率降低，已经不能满足高温升火焰筒冷却的要求。
[0003]目前，发散孔冷却结构采用圆形孔，且小孔垂直于壁面分布，后来发现，小孔与壁面的夹角越小，孔内换热越强，且冷却空气进人火焰筒热燃气的穿透深度越小，气膜的保护效果将越好，但受激光打孔机限制，小孔倾角一般不能小于20
°
。其次，由于发散孔孔径很小,易被碳烟粒子堵塞，气流被堵塞后局部冷却失效，将导致火焰筒烧蚀。无法适用于未来高温升燃烧室火焰筒的冷却需求，一些复合冷却结构，如层板冷却、冲击/发散孔冷却、浮动瓦块冷却等，虽能提高冷却效率降低冷却气量，但结构复杂，且大幅增加了火焰筒的重量。
[0004]在现有技术中，为了提高孔内换热而增大火焰筒厚度，但会大大提高火焰筒重量而增加发动机飞行成本，且由于单孔空气流量很小，前几排发散孔无法完全覆盖形成均匀的冷却气膜，故采用传统发散孔冷却结构时一般会在前端设计一段常规气膜冷却以增强冷却效果，这既降低了总的冷却效率又增加了火焰筒的重量。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高效的发散孔冷却结构。
[0006]本专利技术通过以下技术方案得以实现。
[0007]本专利技术提供的一种高效的发散孔冷却结构，包括多个设置在火焰筒壁面的发散孔；所述发散孔的一端为进气口，另一端为出气口；所述进气口的孔径为初始孔径，出气口的孔径沿展向扩张角扩张，且沿轴向间距不变；所述发散孔中心线在火焰筒周向间距上与火焰筒轴线间设有偏角，沿火焰筒轴线方向发散孔中心线与火焰筒热侧壁面间设置倾角。
[0008]所述发散孔为渐变型面。
[0009]所述展向扩张角为12
°
。
[0010]所述发散相邻两排发散孔交错排列，排与排之间、列与列之间均为平行设置。
[0011]火焰筒周向上发散孔的数量保持不变，且为火焰筒头部发散孔数量的整数倍。
[0012]所述火焰筒的内环不设置偏角。
[0013]本专利技术的有益效果在于：结构简单，大幅提高了发散孔内换热，在更前端的位置充分发展形成均匀气膜；冷却效率高，重量轻，火焰筒壁面温度梯度小，保证在高热负荷和低冷却气量情况下火焰筒不被烧蚀，从而满足现代航空发动机研制需要。
附图说明
[0014]图1是本专利技术发散孔的位置示意图；
[0015]图2是图1中A
‑
A的剖面图；
[0016]图3是图2中B
‑
B的剖面图；
[0017]图4是图3中C
‑
C的剖面图；
[0018]图5是本专利技术发散孔的分布图；
[0019]图6和图7是本专利技术的冷却原理图；
[0020]图中：1
‑
初始孔径，2
‑
展向扩张角，3
‑
倾角，4
‑
偏角，5
‑
周向间距，6
‑
轴向间距，7
‑
进气口，8
‑
出气口。
具体实施方式
[0021]下面进一步描述本专利技术的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0022]实施例1
[0023]如图1～4所示的一种高效的发散孔冷却结构，包括多个设置在火焰筒壁面的发散孔；所述发散孔的一端为进气口7，另一端为出气口8；所述进气口7的孔径为初始孔径1，出气口8的孔径沿展向扩张角2扩张，且沿轴向间距6不变；所述发散孔中心线在火焰筒周向间距5上与火焰筒轴线间设有偏角4，沿火焰筒轴线方向发散孔中心线与火焰筒热侧壁面间设置倾角3。
[0024]所述发散孔为渐变型面。
[0025]所述展向扩张角2为12
°
，相同冷却气量下，相对于传统发散孔气膜冷却效率可提升约18％，火焰筒壁温降幅可提升约17％，可满足高温升火焰筒的冷却要求。
[0026]所述发散相邻两排发散孔交错排列，排与排之间、列与列之间均为平行设置。
[0027]火焰筒周向上发散孔的数量保持不变，且为火焰筒头部发散孔数量的整数倍。
[0028]所述火焰筒的内环不设置偏角4。
[0029]实施例2
[0030]火焰筒内外气流压差迫使冷却气穿过壁面发散孔进入火焰筒内，气流在孔内沿展向扩张角2扩张轴向间距6不变，从出气口8流出后气膜将更加均匀，气膜冷却效率提高，且扩张后发散孔出口尺寸较大不易被碳烟粒子堵塞，通过设置倾角3和偏角4使气膜更加贴壁，形成均匀分布的高品质气膜，如图6所示。
[0031]在火焰筒头部及高热负荷区域通过增大发散孔初始孔径1和展向扩张角2、减小轴向间距6以加强相应区域的冷却，通过发散孔结构参数差异化设计保证冷却气精细化分配，实现冷却气流的最大化利用。通过参数调节保证火焰筒整体壁温梯度≯40K/cm，可大幅提升火焰筒的使用寿命，火焰筒头部无需设置常规气膜冷却，可减轻火焰筒重量。
[0032]实施例3
[0033]通过激光打孔的方式在火焰筒壁面上打出大量发散孔，如图5所示，沿火焰筒轴线方向发散孔中心线与火焰筒热侧壁面间保持倾角3，发散孔中心线在火焰筒周向间距5上按偏角4偏离火焰筒轴线，相邻两排孔交错排列。
[0034]进一步的，发散孔型面开始是孔径为初始孔径1的圆，随着孔深入壁面，其截面变为椭圆，如图4所示，轴向上椭圆的短径保持不变，展向上椭圆的长径以展向扩张角2均匀增
大。
[0035]具体的，燃烧室工作时火焰筒内为高温燃气，二股通道内为温度相对较低的空气，由于压力损失火焰筒内的气压低于二股通道内的气压，在火焰筒内外压差作用下附面层空气抽吸进发散孔进气口7，在这个过程中气流与火焰筒壁面间进行对流换热。
[0036]如图6和图7所示，冷却气进入发散孔后随发散孔型面流动，在展向沿展向扩张角2扩张而沿轴向间距6不变，这样既可降低气流速度损失又能使气流流出发散孔后覆盖更宽范围的壁面；其次，通过渐变型面设计可大幅增大气流与发散孔孔壁的接触面积，加强气流与孔壁间的对流换热，冷却气综合冷却效率得到提高，且可改善气流流出后的对涡结构。
[0037]进一步的，本专利技术通过发散孔特定方向的扩张，在冷却效果提升的情况下增大发散孔出口尺寸，使发散孔不易被燃气中的碳烟粒子堵塞。
[0038]优选的，冷却气经展向扩张后角2后从出气口8流出，火焰筒周向整圈发散孔的气流汇集成气膜，流至下一圈发散孔后与其流出的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效的发散孔冷却结构，包括多个设置在火焰筒壁面的发散孔，其特征在于：所述发散孔的一端为进气口(7)，另一端为出气口(8)；所述进气口(7)的孔径为初始孔径(1)，出气口(8)的孔径沿展向扩张角(2)扩张，且沿轴向间距(6)不变；所述发散孔中心线在火焰筒周向间距(5)上与火焰筒轴线间设有偏角(4)，沿火焰筒轴线方向发散孔中心线与火焰筒热侧壁面间设置倾角(3)。2.如权利要求1所述的高效的发散孔冷却结构，其特征在于：所述发散孔为渐变型面。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱诚，于小兵，卢铭涛，赵婷杰，蒋坤呈，
申请(专利权)人：中国航发贵阳发动机设计研究所，
类型：发明
国别省市：