[发明专利]一种基于三角形截面导流板（环）的冲击-气膜冷却结构

说明书

本发明公开了一种基于三角形截面导流板(环)的冲击‑气膜冷却结构，包括：分布在待冷却壁面上的冲击孔、安装在待冷却壁面上的三角形截面导流板(环)、形成于三角形截面导流板(环)与待冷却壁面之间的导流通道，冷却介质通过冲击孔进入导流通道中，通过导流通道对被三角形截面导流板(环)滞止后的冷却介质进行整流，然后将其排出，在下游形成冷却介质薄膜层，保护待冷却壁面。本发明采用三角形截面导流板(环)，有效抑制导流通道下游流动分离，降低高温介质与冷却介质薄膜间混合，保护冷却介质薄膜，提高冷却效率，从而拓宽冲击‑气膜冷却结构使用范围，尤其适合在冷却气量较少、吹风比较小的条件下使用。

技术领域

本发明涉及一种基于三角形截面导流板(环)的冲击-气膜冷却结构，主要用于冷却航空发动机主燃烧室火焰筒或航空发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室隔热屏，属于新型高效复合冷却技术领域。

背景技术

随着对发动机高推重比的追求，发动机燃烧室向着高油气比、高温升的方向发展，燃烧室内燃气温度可以达到2100K，远大于火焰筒材料的许用温度；同时，为实现高温升，越来越多的燃烧室进口空气将参与燃烧。此外，在过去20年，随着污染排放标准越来越严格，对氮氧化物低排放的要求使得需要更多的新鲜空气用于对燃烧过程进行调节与控制。这导致可用于冷却的空气量持续减小。另一方面，冷却气的冷却品质不断下降。燃烧室进口温度对发动机效率影响较大，通常进口空气初始温度每增加100℃，发动机效率提高2-3％。为此，燃烧室进口温度、压力不断升高。综上，燃烧室内的热端部件的冷却面临巨大挑战。

传统单一的冷却结构已无法满足热端部件冷却要求，冷却结构逐渐向高效的复合冷却发展，冲击-气膜冷却结构为一种新型的复合冷却结构。冲击气膜冷却具有高冷却效率的优点，但是传统的双层壁冲击冷却增加燃烧室重量同时具有较大的流动阻力。气膜冷却具有结构相对简单、加工设计容易等优点，但是该冷却结构在初始4-5排气膜孔的距离内冷却效率较低，离散冷却孔使得冷却分布不均匀，射流热流中的冷却气流为引发二次涡流动，强化冷热气流间的混合，降低冷却效率。而冲击-气膜冷却结构可以有效避免上述缺陷，高效的冲击冷却方式可以对导流板(环)进行冷却，导流通道的整流作用使得冷却气膜分布更均匀，在下游形成的更加致密的冷却气膜。

然而，现有的冲击-气膜冷却结构中导流板横截面一般为矩形(如图2a所示)，在冷却气量较少的小吹风比状态下，导流通道下游易出现流动分离，破坏冷却气膜，降低冷却效率。因此，确有必要发展三角形截面导流板(环)的冲击-气膜冷却结构，采用三角形截面导流板可以有效抑制流动分离，提高冲击-气膜冷却效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于三角形截面导流板(环)的冲击-气膜冷却结构，在相同冷却气量下，可有效抑制冷流动分离，保护冷却气膜结构不被破坏，提高冲击-气膜冷却效率。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于三角形截面导流板(环)的冲击-气膜冷却结构，其单组冷却结构包括有：

待冷却壁面，所述待冷却壁面为承受高温热源的板型构件；

冲击孔，所述冲击孔分布在待冷却壁面上，冷却介质通过冲击孔进入导流通道中；

三角形截面导流板(环)，所述三角形截面导流板(环)安装在待冷却壁面上，用于将冷却介质与高温热介质隔开，并滞止冷却介质，改变其流动方向；

导流通道，所述导流通道形成于三角形截面导流板(环)与待冷却壁面之间，通过导流通道对被三角形截面导流板(环)滞止后的冷却介质进行整流，然后将其排出，在下游形成冷却介质薄膜层，保护待冷却壁面。

本发明中，所述待冷却壁面不限制其形状，可以为平面也可以为曲面，且待冷却壁面上有按一定规律排列的具有一定结构特征的冲击孔；导流板(环)与待冷却壁面间形成导流通道，对冷却介质进行整流然后排出，在待冷却壁面形成冷却介质薄膜。