[发明专利]用于加力燃烧室腔体的双层双效隔热壁及双效冷却方法

说明书

本发明涉及一种用于加力燃烧室腔体的双层双效隔热壁及双效冷却方法，所述加力燃烧室的内壁包括气膜孔板和冲击孔板，在气模孔板和冲击孔板之间的空腔内矩阵排列有多个米字桁架，所述的米字桁架是由三根桁架杆组成，三根桁架杆的中点相互交叉形成一中心交叉点，三根桁架杆两端分别与冲击孔板和气膜孔层相连；在所述的气膜孔板上设置有气膜孔；在所述冲击孔板上设置有冲击孔。本发明隔热壁在对流通道中的两个两股纵向旋转涡加速换热，充分降低冲击孔板与气膜孔板之间的温度，加速减小气膜孔板上的冷却压力，并通过该结构在隔热屏的燃气侧形成气膜覆盖，阻隔燃气与发动机承力结构的直接接触，提高加力燃烧室的寿命和可靠性，具有较好的力学性能。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体地说，涉及加力燃烧室双层壁隔热壁结构及冷却方法。

背景技术

超音速飞机发动机通常有加力燃烧室，超音速飞机十分强调飞机的加速性。发动机涡轮后的燃气中仍然含有一部分氧气，超音速飞机发动机在涡轮后设有加力燃烧室，将含氧燃气与外涵道的新鲜空气混合，再向其中喷入燃料，点火后继续燃烧，提高尾喷管出口的高温燃气速度，使发动机的推力在原有基础上进一步加大。加力通常用在起飞段以及需要迅速增速的机动飞行段，接通加力时推力通常可以增大50％～70％，流经加力燃烧室的燃气温度很轻松的超过2000K，已远远超过可用高温材料的耐热极限，这样就会出现强烈的压力振荡，这种现象称为振荡燃烧，振荡燃烧会引起结构零件振动、筒体过热熄火，甚至加力燃烧室损坏，因此，必须对加力燃烧室的承力结构进行有效的防护。

此前公开了几种加力燃烧室隔热屏，包括一种多孔波纹板加力燃烧室隔热屏(US005465572A)，其波纹状结构的伸缩性可以有效防止振动核筒体热变形造成的影响，又通过波纹板上离散气膜孔的冷却射流对隔热屏的高温燃气侧进行气膜冷却。然而，正是由于波纹状结构，冷却气膜射流难以覆盖整个表面，使其局部壁温过高，无法形成有效的气膜覆盖和换热；另外一种为带扰流柱的发散冷却隔热屏结构(US 20140096527A1)，通过发散的冷却形式在壁面形成气膜覆盖，阻隔高温燃气的直接接触，同时，隔热屏冷气侧壁面上的扰流柱结构可以对冷气进行扰动混合，强化对流换热，使冷气带走更多的热量而降低壁温。然而，单纯的发散冷却形式难以使扰流柱发挥更好的作用，冷却流动混合不够强烈，无法提升其冷却效率。

基于以上的经验，结合传统的气膜冷却、冲击冷却等方式，专利(CN103968418A)公开了一种用于加力燃烧室的双层壁隔热屏。此结构包括靠近燃气侧带有气膜孔的壁面、靠近冷气侧带有冲击孔的壁面以及气膜孔板和冲击孔板之间的梯形强化框，这样就形成了冷气侧冲击冷却、内部对流换热和燃气测气膜覆盖的复合冷却形式。此种结构可以通过对流换热带走传入的热量，提高冷气利用率，同时具有较好的力学性能，然而，此结构并未考虑梯形强化框在内部对流换热的过程中带来的流动阻力。

随着超音速飞机发动机的发展，流经加力燃烧室的燃气温度不断提高。另外，随着主流燃烧需要的空气流量的增大，导致用于冷却的空气流量减少，因此，必须应用具有对超音速飞机发动机进行高效冷却能力的隔热屏结构，即以尽可能少的冷气空气达到更好的冷气效果，最大限制的降低超音速飞机发动机的温度。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种结构简单，力学性能良好，双层且双效帮助加力燃烧室内降温，提高发动机性能的用于加力燃烧室腔体的双层双效隔热壁及双效冷却方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于加力燃烧室腔体的双层双效隔热壁，所述加力燃烧室的内壁包括气膜孔板和冲击孔板，在气模孔板和冲击孔板之间的空腔内矩阵排列有多个米字桁架，所述的米字桁架是由三根桁架杆组成，三根桁架杆的中点相互交叉形成一中心交叉点，三根桁架杆两端分别与冲击孔板和气膜孔层相连；