[发明专利]一种蒸发管式紧凑型燃烧室

说明书

本发明公开了一种蒸发管式紧凑型燃烧室，该燃烧室的内外壁和蒸发管一体化成型，减轻重量、减小外廓尺寸，提升整体性能；在内、外壁上分别设置内气膜孔和外气膜孔，内气膜孔和外气膜孔均为渐扩形气膜孔，即内气膜孔和外气膜孔在火焰筒一侧形成的孔面积大于另一侧的面积，使得火焰筒内壁面的表面积增大，强化壁面传热，优化流场均匀性，提高燃烧效率，降低燃烧室出口温度分布系数，减少污染物排放。

【技术领域】

本发明属于微小型航空发动机燃烧系领域，具体涉及一种蒸发管式紧凑型燃烧室。

【背景技术】

采用蒸发管结构的燃烧室广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机燃烧室中，尤其是微小型动力设备，国外对于微小型发动机进行了大量研究工作，已相应制造出各个量级的成熟型号，形成相应的军事、民用市场。采用蒸发管方案的燃烧室具有结构简单、易于加工、成本低和综合燃烧性能好等优势。燃烧室本身的重量和体积是飞行器性能的一个重要限制，在保留蒸发管式燃烧室本身优点的同时降低重量和体积，是一个重要的设计方向。在航空发动机燃烧室制造和维修过程中的焊接或补焊会导致材料性能损失，一些零件焊接或补焊后无法通过热处理消除应力和恢复性能，对产品性能和质量影响极大，如何恢复或增强焊缝性能一直是难以解决的工艺问题。

随着现代高性能航空发动机性能的改善，涡轮入口温度不断提高。燃烧室出口的燃气流向涡轮叶片，考虑到高速旋转的涡轮叶片承受的应力已很大，再加上高温气流的冲击，工作条件十分恶劣。所以燃烧室出口气流温度场必须符合涡轮叶片高温强度的要求，不要有局部过热点，以保证涡轮正常的工作和寿命。为了保证热端部件的正常工作，必须使用高效的冷却方式。气膜冷却就是目前涡轮热端部件重要的冷却形式。参见图1，传统圆柱形气膜孔在主流压力和摩擦力作用下，射流弯曲并覆盖于高温部件表面，形成温度较低的冷气膜，将高温燃气和壁面隔开，起到隔热和冷却作用，但是流动损失大，气膜覆盖率低，在高吹风比下容易产生射流而脱离壁面，冷却效果有限。气膜孔形状对于气膜的冷却效率和流场品质具有重要影响，因此针对气膜孔结构的优化一直是重要的研究内容。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种蒸发管式紧凑型燃烧室；该燃烧室通过渐扩形气膜孔促进燃油和空气掺混，提高燃烧稳定性和效率的同时改善冷气在壁面贴附性，起到更好隔热冷却效果。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种蒸发管式紧凑型燃烧室，包括内壁和外壁，内壁和外壁均为圆柱体，内壁形成的圆柱体套装在外壁形成的圆柱体内，内壁的前端和外壁的前端通过曲形壁面连接，曲形壁面向燃烧室的外部凸出，外壁、内壁和曲形壁面形成的空间为火焰筒；外壁的后端设置有垂直于外壁的后端面，后端面为环形板，后端面的外边缘和外壁的后端连接，后端面的内边缘形成的圆的直径大于内壁形成的圆柱体的直径；从后端面向火焰筒的内部设置有若干个蒸发管，蒸发管沿后端面的周向布置，每一个蒸发管内插入有一个燃油喷嘴；内壁、外壁、曲形壁面和蒸发管一体成型；

内壁上开设有若干个内气膜孔，外壁上开设有若干个外气膜孔；内气膜孔在火焰筒一端的孔为内出气口，另一端为内进气口；外气膜孔在火焰筒一端的孔为外出气口，另一端为外进气口；内出气口的面积大于内进气口的面积，外出气口的面积大于外进气口的面积。

本发明的进一步改进在于：

优选的，内进气口和外进气口均为圆形或椭圆；内气膜孔和外气膜孔的侧壁均划分为前侧壁和后侧壁，内气膜孔的后侧壁相对于内壁倾斜，外气膜孔的后侧壁相对于外壁倾斜，前侧壁和后侧壁首尾相接。

优选的，内气膜孔的轴线和内壁的夹角范围为28°～40°；外气膜孔的轴线和外壁的夹角范围为28°～40°。

优选的，内进气口和外进气口的面积均为2mm²～23mm²，内出气口和外出气口的面积均为3mm²～35mm²。