[发明专利]一种采用Y形多斜孔冷却方式的燃烧室火焰筒壁面

说明书

本发明提供了一种采用Y形多斜孔冷却方式的燃烧室火焰筒壁面，所述的火焰筒壁板上具有均匀分布且贯穿的多个Y形斜孔。该结构包括一个主进气孔和三个分气膜孔，分气膜孔位于冷却斜通道的各个分支上。通过改变Y形斜孔的进出口角度和进出口直径、在火焰筒壁板上的排布方式可以获得更多的组合。相较于其他孔的形式，该Y形斜孔压力损失低，节省冷却用气量，气膜分布更均匀，湍流强度低，沿火焰筒轴向和周向冷却效果均匀，获得更好的火焰筒内壁面的气膜的性能。本发明改善了火焰筒壁面附近气膜厚度不均导致壁面冷却效果不均的问题，使火焰筒壁面温度分布更加均匀，同时降低了火焰筒壁面温度梯度，使得壁面热应力有效减少。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，涉及一种采用Y形多斜孔的火焰筒壁面高效冷却方式。

背景技术

现代航空发动机的发展要求燃烧室具有高温升的特性，在油气比固定的条件下，必须增加参与燃烧用气量，在燃烧室进气量一定的条件下，这意味着冷却用气量不断的减少，高温升与壁面冷却对冷气量的要求形成矛盾，因此迫切需要在火焰筒上采用新型高效的冷却技术。目前用于燃烧室火焰筒冷却的基本冷却方式有气膜冷却、对流气膜冷却，冲击气膜冷却、发散冷却和层板冷却等，其基本冷却原理都是冷气从燃烧室内外环腔进入火焰筒内，在火焰筒内壁表面形成一层气膜，气膜紧贴火焰筒内壁面流动，气膜起到冷却壁面和隔离燃气冲刷火焰筒壁面的作用。高品质的气膜可以有效地利用冷却气，并获得高的气膜冷却效率，其中气膜接近二维流的程度即气膜的贴壁效果是表征气膜品质的主要指标。

在气膜孔形状方面，研究人员进行了大量的研究，研究结果表明，与传统的圆柱形直孔相比，改善气膜孔形状可以有效地提升气膜冷却效果。传统气膜冷却结构的火焰筒壁消耗冷却气量相对较多，沿火焰筒轴向下游冷却气浪费严重，导致整机效率降低较大；火焰筒内壁面附近的冷却气膜不断叠加变厚，导致占用燃烧室较多的燃烧容积；沿火焰筒轴向迅速下降，导致较高的火焰筒壁温梯度，产生较高的热应力。

多斜孔火焰筒冷却技术是一种新型复合高效的冷却技术，对于高性能航空发动机的研制潜能具有重大的应用价值。多斜孔的形式有多种形式，如斜直孔，收缩孔，收缩扩张孔等。Y形斜孔也是一种多斜孔，只是其冷却气从多个冷却通道分支流出，这种孔型相比较于其他孔型而言，压力损失小，冷却用气量小，气膜分布更加均匀。这种Y形多斜孔已经在航空发动机的涡轮叶片气膜冷却中得到研究，但是在火焰筒壁面冷却技术方面还未进行相关研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种采用Y形多斜孔冷却方式的燃烧室火焰筒壁面。与现有技术相比，本发明采用火焰筒壁面上具有均匀分布且贯穿的多个Y形斜孔设计。相较于其他冷却孔的形式，该Y形多斜孔压力损失低，节省冷却用气量，气膜分布更均匀，湍流强度低，沿火焰筒轴向和周向冷却效果均匀，获得更好的火焰筒内壁面的气膜的性能。这种冷却孔改善了火焰筒壁面附近气膜厚度不均导致壁面冷却效果不均的问题，使火焰筒壁面温度分布更加均匀，同时降低了火焰筒壁面温度梯度，使得壁面热应力有效减少。

技术方案

本发明的目的在于提供一种采用Y形多斜孔冷却方式的燃烧室火焰筒壁面。

本发明技术方案如下：

一种采用Y形多斜孔冷却方式的燃烧室火焰筒壁面，其特征在于：火焰筒壁板上具有均匀分布且贯穿的多个Y形斜孔。该Y形斜孔由一个主进气孔和三个分气膜孔组成，分气膜孔位于冷却斜通道的各个分支上。主进气孔和分气膜孔在火焰筒壁面上形成的圆孔直径的大小范围为0.5～2mm，且主进气孔的直径大于分气膜孔的直径，主进气孔和各个分气膜孔所在轴线的夹角a均为120～150度。在火焰筒轴向的相邻排的Y形斜孔的排布方式有叉排和顺排两种方式，其排间距的范围为孔径的1～10倍，在火焰筒上同一排的Y形斜孔具有相同的形状和孔间距，不同排的孔可以具有不同的孔间距，其孔间距的范围为孔径的1～10倍。冷却气流从主进气孔进入火焰筒壁面冷却斜通道，从各个分气膜孔流出，在火焰筒内壁面上形成气膜冷却。

本发明具有以下有益效果：