專利名稱：一種帶有十字型凹槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及駐渦型渦輪級間燃燒室的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有十字型凹槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室，在燃燒室內(nèi)的葉片上開設(shè)十字型凹槽結(jié)構(gòu)，此設(shè)計方案在不增大壓力損失的前提下，能夠有效改善燃燒室出口溫度分布。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動機是對航空飛行器性能 和發(fā)展中起決定性作用的部件。提高發(fā)動機推重t匕、擴大發(fā)動機工作范圍一直是航空發(fā)動機設(shè)計的目標追求，對軍用發(fā)動機尤其重要。從低的燃料消耗以及增大材料耐受度的角度出發(fā)，需要極其短小、緊湊、高性能的推力系統(tǒng)，這些要求對發(fā)動機的設(shè)計是一個新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的發(fā)動機建立在布雷頓循環(huán)基礎(chǔ)之上，單純地增加渦輪前溫度和增加壓氣機增壓比等方法已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代航空發(fā)動機對推力系統(tǒng)的需要，因此需要尋求新的出路。由美國空軍實驗室提出在高壓渦輪和低壓渦輪之間放置一個超緊湊型燃燒室，能夠通過再熱循環(huán)提高布雷頓循環(huán)的熱效率，渦輪級間燃燒室的概念由此產(chǎn)生。渦輪級間燃燒室是先進燃燒室之一，其最主要的優(yōu)勢就是能提高推力，減少NOX的排放。相對于傳統(tǒng)發(fā)動機，渦輪燃燒器發(fā)動機能夠在只增加少量單位推力燃油消耗的前提下，顯著提高比推力。渦輪燃燒發(fā)動機還能擴大飛行馬赫數(shù)的操作范圍，以及增加壓氣機的壓比。渦輪燃燒室發(fā)動機在壓氣機壓比，風(fēng)扇涵道比以及飛行馬赫數(shù)方面要優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)動機。渦輪級間燃燒室又叫第二燃燒室，因此它的作用不僅能使發(fā)動機的性能得到提高，而且它能提高發(fā)動機的安全性，當(dāng)一個燃燒室熄火后另一燃燒還能繼續(xù)工作，提高了發(fā)動機的可靠性。目前在設(shè)計渦輪級間燃燒室中采用兩種技術(shù)，一種是稱為g-loading技術(shù)，另一種是TVC (駐渦燃燒)技術(shù)。由于運用g-loading技術(shù)要受到實際發(fā)動機尺寸的限制，因此從2009年開始運用駐渦燃燒技術(shù)設(shè)計渦輪級間燃燒室。在吸取駐渦燃燒室的設(shè)計經(jīng)驗上，目前在設(shè)計駐渦型渦輪級間燃燒室時主要對葉片的開槽形式進行結(jié)構(gòu)改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為針對駐渦型渦輪級間燃燒室目前面臨的出口溫度分布不均的問題，在燃燒室內(nèi)的葉片上進行結(jié)構(gòu)改型，將葉片上的開槽改為十字型凹槽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠在基本不影響其他性能參數(shù)的前提下，有效改善燃燒室出口溫度分布，降低燃燒室后面渦輪葉片的熱負荷。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種帶有十字型凹槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室，所述燃燒室包括燃燒室內(nèi)機匣、燃燒室外機匣、燃燒室外機匣上的周向槽和開槽后的葉片；開槽后的葉片與燃燒室內(nèi)機匣與燃燒室外機匣相連。燃燒室外機匣上的周向槽其寬度為15mm，深度為12mm，其兩側(cè)開設(shè)有空氣噴射孔，空氣噴射孔的直徑為2mm，位于周向槽前壁面的空氣噴射孔其圓心距離周向槽底端為2mm,位于周向槽后壁面的空氣噴射孔其圓心距離周向槽底端為IOmm,空氣噴射孔之間的偏轉(zhuǎn)角度為O. 667度；燃燒室外機匣上的周向槽前壁面開設(shè)有燃油噴射孔，燃油噴射孔距離周向槽底端為6mm,距離葉片上的十字凹槽最前端為4mm。所述葉片4的一端與燃燒室內(nèi)機匣I相連，另一端與燃燒室外機匣2相連；葉片4上開有十字型凹槽8，該十字型凹槽8的豎槽12為開在葉片4上從上之下的通槽，其寬度為15mm,開槽深度c為2. 5mm_3. 5mm ;該十字型凹槽8的橫槽13上端到燃燒室外機匣2的距離B1占葉片4高度b的4/13-6/13，該十字型凹槽8的橫槽13開槽高度a2占葉片高度b的 1/13-3/13。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于傳統(tǒng)的駐渦型渦輪級間燃燒室通常采用矩形凹槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明采用獨特的十字型凹槽結(jié)構(gòu)，能夠有效改善目前駐渦型渦輪級間燃燒室面臨的出口溫度分布不均問題，同時還不會影響燃燒室其他性能參數(shù)。


圖I為發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的駐渦型渦輪級間燃燒室整體示意圖；圖3為本發(fā)明的駐渦型渦輪級間燃燒室局部放大圖；圖4為本發(fā)明簡化的燃燒室結(jié)構(gòu)說明示意圖；圖5為本發(fā)明的葉片結(jié)構(gòu)示意圖，圖5 (a)為葉片側(cè)面示意圖，圖5 (b)為葉片正視圖意圖，圖5 (c)為葉片俯視意圖；圖6為傳統(tǒng)矩形槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室與本發(fā)明的燃燒室結(jié)構(gòu)簡化圖以及出口溫度分布云圖，圖6 (d)為傳統(tǒng)矩形槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室結(jié)構(gòu)簡化圖，圖6 (e)本發(fā)明簡化的燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖，圖6 (f)為傳統(tǒng)矩形槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室出口溫度分布云圖，圖6 (g)為本發(fā)明簡化的燃燒室出口溫度分布云圖。上述示意圖中部件的標號說明I.燃燒室內(nèi)機匣，2.燃燒室外機匣，3.燃燒室外機匣上的周向槽，4.葉片，5.空氣噴射孔，6.燃油噴射孔，7.燃燒室燃氣進口，8.十字凹槽，9.周向槽后壁面，10.周向槽底端，11.周向槽前壁面，12.十字凹槽的豎槽，13.十字凹槽的橫槽，14.燃燒室出口，15.低壓壓氣機，16.高壓壓氣機，17.主燃燒室，18.高壓渦輪，19.駐渦型渦輪級間燃燒室，20.低壓渦輪。
具體實施方案下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明一種帶有十字型凹槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室對改 善燃燒室出口溫度分布的技術(shù)方案做進一步說明。圖I是發(fā)動機的總體不意圖。發(fā)動機包括低壓壓氣機15,高壓壓氣機16,主燃燒室17，高壓渦輪18，駐渦型渦輪級間燃燒室19和低壓渦輪20。發(fā)動機工作時，空氣經(jīng)過低壓壓氣機15壓縮后，再進入高壓壓氣機16，高壓空氣進入主燃燒室17中燃燒，形成的高溫高壓燃氣，進入到高壓渦輪18中膨脹做功，從高壓渦輪18出口的燃氣進入到本發(fā)明所述的駐渦型渦輪級間燃燒室19中，并向駐渦型渦輪級間燃燒室19中噴入空氣和燃油使之繼續(xù)燃燒，提高燃氣溫度，隨后燃氣進入低壓渦輪20中，繼續(xù)膨脹做功。
圖2是本發(fā)明的駐渦型渦輪級間燃燒室整體示意圖，圖3是本發(fā)明的駐渦型渦輪級間燃燒室局部放大圖，駐渦型渦輪級間燃燒室19由燃燒室內(nèi)機匣I、燃燒室外機匣2、燃燒室外機匣上的周向槽3、葉片4組成。圖4是本發(fā)明簡化的燃燒室結(jié)構(gòu)說明示意圖，對于駐渦型渦輪級間燃燒室19來說，從高壓渦輪出口的燃氣全部由燃燒室主進口 7進入，空氣和燃油分別由燃燒室外機匣2上的空氣噴射孔5和燃油噴射孔6噴入燃燒室外機匣上的周向槽3內(nèi)，并在燃燒室外機匣上的周向槽3內(nèi)燃燒，燃燒后的高溫氣體從燃燒室出口 14中流出；燃燒室外機匣上的周向槽3為環(huán)繞機匣上的一個環(huán)形凹槽，其寬深比為O. 8，功能相當(dāng)于燃燒室的主燃區(qū)，由于在周向槽內(nèi)燃燒的停留時間要比在軸向方向的長，所需的化學(xué)反應(yīng)時間比較短，因此燃燒室的長度將會縮短；在燃燒室外機匣上的周向槽3兩側(cè)開設(shè)有空氣噴射孔5，其半徑均為2mm，兩孔之間的偏轉(zhuǎn)角度約為O. 667度，位于周向槽前壁面11的空氣噴射孔5其圓心距離周向槽底端10為I Omm,位于周向槽后壁面9的空氣噴射孔5其圓心距離周向槽底端10為2mm ;周向槽前壁面11開設(shè)有燃油噴射孔6，燃油噴射孔6距離周向槽底端10為6mm,距離葉片上的十字凹槽8最前端為4mm。圖5為葉片4結(jié)構(gòu)示意圖，葉片4為彎曲型葉片并于軸向平行布置，所述葉片4的一端與燃燒室內(nèi)機匣I相連，另一端與燃燒室外機匣2相連；葉片4上開有十字型凹槽8，該十字型凹槽8的豎槽12為開在葉片4上從上之下的通槽,其寬度為15mm,開槽深度c為2. 5mm_3. 5mm ;該十字型凹槽8的橫槽13上端到燃燒室外機匣2的距離占葉片4高度b的4/13-6/13，該十字型凹槽8的橫槽13開槽高度a2占葉片高度b的1/13-3/13。十字型凹槽8的功能主要有兩個方面一方面處于中間的豎槽12可以將周向槽中的燃燒產(chǎn)物導(dǎo)出去，另一方面橫槽13可以將導(dǎo)出的燃燒產(chǎn)物截流一部分至燃燒室的中部區(qū)域進行燃燒，擴大燃燒室中間區(qū)域的燃燒范圍，并且降低燃燒室底部區(qū)域的溫度，有效改善燃燒室出口溫度分布。十字凹槽8的橫槽13開槽位置對燃燒出口溫度分布的改進有著極其重要的影響，若橫槽13的上端到燃燒室外機匣2的距離^與葉片高度b的比值不在4/13-6/13之間，那么橫槽13的作用將會減弱；若橫槽13的開槽高度a2與葉片高度的比值不在1/13-3/13之間，橫槽13的作用也會減弱。圖6為傳統(tǒng)矩形槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室與本發(fā)明的燃燒室結(jié)構(gòu)簡化圖、出口溫度分布云圖以及兩燃燒室出口處沿徑向方向的溫度分布曲線圖。圖6 (f)為傳統(tǒng)矩形槽結(jié)構(gòu)的燃燒室出口溫度分布云圖，圖6 (g)為本發(fā)明簡化的燃燒室出口溫度分布云圖，為了更加清晰地反應(yīng)出兩者出口處溫度分布的差異，作圖6 (h)兩燃燒室出口處沿徑向方向的溫度分布曲線圖來說明。從圖中可以看出，傳統(tǒng)矩形槽結(jié)構(gòu)的燃燒室出口高溫區(qū)集中在燃燒室上部以及底部區(qū)域，中間區(qū)域的燃燒范圍相對較小，這對燃燒室后面的渦輪葉片是很不利的；而本發(fā)明能夠有效的擴大燃燒室中部區(qū)域的燃燒范圍，提高燃燒室中部區(qū)域的燃氣溫度，并且能夠有效降低燃燒室底部區(qū)域(靠近內(nèi)機匣)燃氣的溫度，這樣就會減輕燃燒室后面渦輪葉片葉跟部位的熱負荷。本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種帶有十字型凹槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室，其特征在于所述燃燒室包括燃燒室內(nèi)機匣(I)、燃燒室外機匣(2)、燃燒室外機匣上的周向槽(3)和開槽后的葉片(4)；開槽后的葉片(4)與燃燒室內(nèi)機匣(I)與燃燒室外機匣(2)相連； 燃燒室外機匣上的周向槽(3)其寬度為15mm，深度為12mm，其兩側(cè)開設(shè)有空氣噴射孔(5)，空氣噴射孔(5)的直徑為2mm，位于周向槽前壁面(11)的空氣噴射孔(5)其圓心距離周向槽底端(10)為2mm,位于周向槽后壁面(9)的空氣噴射孔(5)其圓心距離周向槽底端(10)為10mm，空氣噴射孔(5)之間的偏轉(zhuǎn)角度為O. 667度；燃燒室外機匣上的周向槽(3)前壁面開設(shè)有燃油噴射孔(6)，燃油噴射孔(6)距離周向槽底端(10)為6mm，距離葉片上的十字凹槽(8)最前端為4mm ； 所述葉片(4)的一端與燃燒室內(nèi)機匣(I)相連，另一端與燃燒室外機匣(2)相連；葉片(4)上開有十字型凹槽(8)，該十字型凹槽(8)的豎槽(12)為開在葉片(4)上從上之下的通槽，其寬度為15mm，開槽深度c為2. 5mm-3. 5mm ;該十字型凹槽(8)的橫槽(13)上端到燃燒室外機匣(2)的距離ai占葉片(4)高度b的4/13-6/13，該十字型凹槽的的橫槽開槽高度a2占葉片高度b的1/13-3/13。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶有十字型凹槽結(jié)構(gòu)的駐渦型渦輪級間燃燒室，該燃燒室位于高壓渦輪和低壓渦輪之間，該燃燒室主要由內(nèi)機匣、外機匣、外機匣上的周向槽以及開槽后的葉片組成，所述的開槽后的葉片的槽為十字型凹槽，從高壓渦輪出來的燃氣全部進入燃燒室主進口，空氣和燃料以一定的方式噴入外機匣上的周向槽內(nèi)，并在槽內(nèi)形成一個穩(wěn)定的駐渦，此駐渦可以充當(dāng)一個穩(wěn)定的點火源。周向槽中的燃燒產(chǎn)物可以通過葉片上的開槽進一步導(dǎo)出，并繼續(xù)燃燒，同時與主流進行混合。針對駐渦型渦輪級間燃燒室出口分布不均的問題，本發(fā)明在葉片上設(shè)計了十字型凹槽結(jié)構(gòu)，能夠有效改善燃燒室出口溫度分布。
文檔編號F23R3/00GK102818285SQ20121027932
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者李鋒, 宋耀穎, 尚守堂, 劉殿春, 高家春, 程明 申請人:北京航空航天大學(xué)