一种鸭嘴形发散孔冷却结构制造技术

本发明专利技术提供了一种鸭嘴形发散孔冷却结构，包括设置在火焰筒壁面的多个发散孔；发散孔为异型型面；所述发散孔的一端为进气口，另一端为出气口，靠近进气口的发散孔上设有喉道。本发明专利技术发散孔型面类似于鸭嘴，其缩

【技术实现步骤摘要】
一种鸭嘴形发散孔冷却结构


[0001]本专利技术涉及一种鸭嘴形发散孔冷却结构，属于航空发动机
，具体涉及一种用于航空发动机燃烧室火焰筒的异型发散孔冷却结构。

技术介绍

[0002]为提高航空发动机的推力和效率，燃烧室部件向着高温升、高热容、低压损方向发展，可冷却火焰筒的空气量却在减少，同时其冷却潜力降低，火焰筒的冷却问题越来越突出。
[0003]在现有技术中，发散孔由于结构简单、排布灵活、冷却效率高而受到国内外的广泛关注和研究。传统发散孔为提高冷却效率会尽量采用小孔径，这样孔流量系数较小，流体流入管道内时，由于入流挤压流线将先收缩后扩张，对于平直圆管流线扰动将导致流体压力损失，在火焰筒内外压差很小时甚至会进气困难；同时发散孔易被碳烟粒子堵塞，气流被堵塞后局部冷却失效，将导致火焰筒烧蚀。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种鸭嘴形发散孔冷却结构，该鸭嘴形发散孔冷却结构孔内换热量大，冷却效率高，冷却气压力损失小，可保证低压差情况下的冷却进气，火焰筒不被烧蚀，从而满足现代航空发动机研制需要。
[0005]本专利技术通过以下技术方案得以实现。
[0006]本专利技术提供的一种鸭嘴形发散孔冷却结构，包括设置在火焰筒壁面的多个发散孔；发散孔为异型型面；所述发散孔的一端为进气口，另一端为出气口，靠近进气口的发散孔上设有喉道。
[0007]所述进气口的初始孔径通过收缩长度和收缩角形成缩口结构。
[0008]所述出气口通过展向扩展角形成单向展向扩张结构。
[0009]所述异型型面为鸭嘴型。
[0010]所述发散孔的孔型面为平滑结构。
[0011]本专利技术的有益效果在于：发散孔型面类似于鸭嘴，其缩
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扩结构适应进入发散孔的流体先收缩后扩张的特点，缩口结构降低了流体压力损失，单向展向扩张结构使气流具有沿展向的动量，压力升高，单孔气流可覆盖更宽范围，形成的气膜更加均匀；喉道结构可加强冷却进气同时防止碳烟粒子堵塞发散孔；根据应用环境变化灵活调整发散孔出口/入口面积比，以改变冷却气压力及吹风比。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的结构示意图；
[0013]图2是图1中A
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A的剖面图；
[0014]图3是图2中B
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B的剖面图；
[0015]图4是图3C
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C的剖面图；
[0016]图5是本专利技术的冷却原理图；
[0017]图6是本专利技术冷却气进入火箭筒后的流向图；
[0018]图中：1
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初始孔径，2
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收缩长度，3
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收缩角，4
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展向扩展角，5
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喉道，6
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进气口，7
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出气口。
具体实施方式
[0019]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。
[0020]实施例1
[0021]如图1～4所示的一种鸭嘴形发散孔冷却结构，包括设置在火焰筒壁面的多个发散孔；发散孔为异型型面；所述发散孔的一端为进气口6，另一端为出气口7，靠近进气口6的发散孔上设有喉道5。
[0022]所述进气口6的初始孔径1通过收缩长度2和收缩角3形成缩口结构。
[0023]所述出气口7通过展向扩展角4形成单向展向扩张结构。
[0024]所述异型型面为鸭嘴型。
[0025]所述发散孔的孔型面为平滑结构。
[0026]具体的，进气口6的缩口结构吻合冷却气流入发散孔时的收缩型面，能降低气流的入流损失；
[0027]具体的，喉道5采用文氏管原理，会形成低压区，可加强对冷却空气的抽吸作用，既可增强换热又能提高发散孔的流量，即使在低压差情况下也能保证冷却进气，同时还能防止燃气中的碳烟粒子进入发散孔内；
[0028]具体的，出气口7的单向展向扩张结构既可增强发散孔内换热，又能使流出发散孔的气膜更加均匀，冷却效率提高；
[0029]具体的，可灵活调整火焰筒不同区域发散孔出口/入口面积比从而保持较佳的吹风比，提高气膜冷却效率。
[0030]具体的，发散孔的孔型面为平滑结构，可降低冷却气的摩擦损失。
[0031]实施例2
[0032]本专利技术的发散孔的型面开始是孔径为初始孔径1的圆，随着发散孔深入火焰筒壁面，在收缩长度2范围内，发散孔直径按收缩角度3均匀缩小孔横截面为圆形，在喉道5处截面达到最小，随后发散孔截面开始扩张，横截面为椭圆，轴向上椭圆的短径保持不变，展向上椭圆的长径按展向扩张角4均匀增大。
[0033]实施例3
[0034]如图5所示，发散孔是与流线吻合的收缩
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扩张型面，可有效降低压力损失，冷却气进入发散孔后以喉道5处为转折速度先增大后减小，压力先降低后升高，喉道5的低压提高了与二股通道内空气的压差，可增强抽吸火焰筒冷侧附面层空气进入进气口6，提高发散孔的流量系数，即使在火焰筒内外压差很小的情况下也能保证发散孔有效进气。此外，冷却气流速增大可提高火焰筒冷侧及发散孔收缩段冷却气与壁面间的对流换热。
[0035]进一步的，喉道5的结构采用文氏管原理，喉道5处的高速气流可吹除碳烟粒子，防止碳烟粒子进入发散孔而造成堵塞。
[0036]如图6所示，冷却气经过喉道5后进入扩张段，随着孔深入壁面，沿主流流向尺寸不变，而在展向以展向扩张角4均匀扩张。通过扩张，发散孔表面积大幅增大，可提高发散孔内换热量。
[0037]具体的，冷却气沿型面扩张后流出发散孔时具有展向动量，会进一步沿火焰筒周向发展，所有发散孔流出的冷却气汇聚形成致密的贴壁气膜。扩张段结构与扩压器类似，冷却气压力提升同时速度适当降低，可加强进气同时减小冷却气对主流燃气的穿透深度，提高气膜品质。
[0038]具体的，气膜冷却效率与吹风比气膜密度流与燃气密度流之比相关，存在一个较佳的吹风比范围，而气膜的密度流与发散孔出入口面积比相关。燃气和二股通道内的空气由于流道型面变化及流量分配的影响其密度流将发生变化，发散孔会先进行燃烧室沿程参数计算得到不同区域燃气和空气的密度流，然后通过改变不同位置发散孔的初始孔径1和展向扩张角4，调整进气口6和出气口7的面积，从而使气膜吹风比维持在较佳范围内，提高气膜冷却效率。
[0039]综上所述，发散孔的型面为缩
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扩结构，类似文氏管，转接位置的喉道形成低压区，强化抽吸火焰筒冷侧空气流入发散孔内，同时可防止热侧的碳烟粒子进入发散孔内；进入发散孔内的气流先收缩后扩张，与孔型面吻合，达到压力损失小的效果；冷却气沿展向扩张角扩张后具有展向的动量，形成的气膜更加均匀，冷却效率提高；通过改变发散孔在火焰筒的不同位置、发散孔的初始孔径和展向扩张角，可灵活调整发散孔出口/入口面积比从而得到较佳的吹风比，提高气膜冷却效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鸭嘴形发散孔冷却结构，包括设置在火焰筒壁面的多个发散孔，其特征在于：发散孔为异型型面；所述发散孔的一端为进气口(6)，另一端为出气口(7)，靠近进气口(6)的发散孔上设有喉道(5)。2.如权利要求1所述的鸭嘴形发散孔冷却结构，其特征在于：所述进气口(6)的初始孔径(1)通过收缩长度(2)和收缩角(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱诚，于小兵，万兆宝，杨阳，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：