一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构制造技术

本发明专利技术一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，属于航空发动机燃烧室的冷却技术领域；包括波纹隔热屏板以及设置于波纹隔热屏板上的偏置气膜孔排和圆柱孔排；所述波纹隔热屏板为圆筒结构，其内为燃气通道，由圆筒形波纹隔热屏板和燃烧室外筒体组成的环形通道形成冷气通道；所述波纹隔热屏板的每个波纹都包括迎风面和背风面，所述迎风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有2‑3排偏置气膜孔排，所述背风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有3‑4排圆柱孔排；通过在波纹板主流背风面布置多排偏置气膜孔排和迎风面布置多排圆柱气膜孔排而成，该结构可用于涡扇发动机加力燃烧室或冲压发动机燃烧室。

【技术实现步骤摘要】
一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构
本专利技术属于航空发动机燃烧室的冷却
，具体涉及一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构。
技术介绍
现代军用航空发动机为了满足短距离起飞和快速机动需要，往往装配了加力燃烧室。冲压发动机作为最简单的一类吸气式发动机，由于结构简单和超音速区间的优越性，其燃烧室的性能研究受到许多国家的重视。上述两种燃烧室结构类似，但其严苛的工作条件对设计研究带来了挑战。具体表现为，一方面，燃烧室内点火后气体温度迅速升高到2100K，甚至更高，这一温度极大超过了燃烧室筒体的材料的耐温极限；另一方面，上述燃烧室内气体流速高，压力低，很容易发生振荡燃烧，严重影响其使用寿命。为防止筒体过热和振荡燃烧，在燃烧室筒体和热燃气间需安装带冷却结构的隔热屏。隔热屏形式有多种，其中带气膜孔的纵向波纹隔热屏由于结构简单重量轻，冷却性能较好，得到了广泛的应用。较早的波纹板隔热屏研究可以追溯到90年代，Wakeman[1]的专利提出了一种正弦型薄壁波纹板，板上开密集的气膜孔，孔径推荐大小为0.5mm左右，孔与流向的倾角为20°。这种结构具有统一的壁面厚度，能减少径向温度梯度。Napoli[2]的专利在纵向波纹隔热屏的基础上提出了带方向倾角的气膜孔，这些气膜孔在流向上倾角为20°，周向倾角为30-60°。许多实验和数值[3-6]都针对波纹结构，气膜孔位置，排布方式等做了一些研究，证实了不同的气膜孔的布置方式和波纹结构会对纵向波纹隔热屏的冷却性能造成影响。目前大部分研究还是遵循波纹板上整体开均匀密布的孔的形式，大量冷气未能发挥其应有的效能，气膜孔在波纹面上没有得到优化的配置，存在优化空间。参考文献：[1]Wakeman,T.G.,Walker,A.,Maclin,H.M.,1993,“GasTurbineEngineMulti-HoleFilmCooledCombustorLinerandMethodofManufacture”:USPatent,5181379.[2]Napoli,P.D.,1993,“CombustorLinerwithCircumferentiallyAnglesFilmCoolingHoles”,USPatent,5233828.[3]Funazaki,K.,Igarashi,T.,Koide,Y.,Shinbo,K.,2001,“StudiesonCoolingAirEjectedoverACorrugatedWall:itsAerodynamicBehaviorandFilmEffectiveness”,ASMETurboExpo:PowerforLand,Sea,&Air,pp.1–12.[4]Ahmed,M.A.,Yusoff,M.Z.,Shuaib,N.H.,2013,“EffectsofGeometricalParametersontheFlowandHeatTransferCharacteristicsinTrapezoidal-CorrugatedChannelusingNanofluid”,InternationalCommuninHeatandMasstransfer,Vol.42,pp.69–74.[5]Ren,H.-L.,Liu,Y.-H.,Du,L.-W.,2017,“AnExperimentalStudyofFlowandHeatTransferPerformanceofaLongitudinalCorrugatedLinerforaCombustionChamber”AppliedThermalEngineering,Vol.127,pp.1305-1316.[6]Ren,H.-L.,Liu,Y.-H.,2016,“Experimentalinvestigationoffluidflowandheattransfercharacteristicsofalongitudinalcorrugatedlinerforacombustionchamber”AppliedThermalEngineering,Vol.108,pp.1066-1075.
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，提高燃烧室冷气通道内冷气的使用效率，使得离开气膜孔的冷气紧紧贴覆在近壁面处，兼顾波纹隔热屏迎风面和背风面的温度均匀性，易于加工制造，具体结构以及流动方式如附图1所示。本专利技术的技术方案是：一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，其特征在于：包括波纹隔热屏板以及设置于波纹隔热屏板上的偏置气膜孔排和圆柱孔排；所述波纹隔热屏板为圆筒结构，其内为燃气通道，由圆筒形波纹隔热屏板和燃烧室外筒体组成的环形通道形成冷气通道；所述波纹隔热屏板的每个波纹都包括迎风面和背风面，所述迎风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有2-3排偏置气膜孔排，所述背风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有3-4排圆柱孔排；每排所述偏置气膜孔排内沿圆筒形波纹隔热屏板的周向均布若干偏置气膜孔，所述偏置气膜孔由圆柱气膜孔和偏置旋转圆柱孔叠加组合而成，所述圆柱气膜孔为圆形通孔，所述偏置旋转圆柱孔为圆柱气膜孔绕其位于冷气通道一侧孔口圆心偏置形成，偏置角α＝10°～45°，且圆柱气膜孔和偏置旋转圆柱孔的中心轴位于波纹隔热屏板的同一径向截面内；每排所述圆柱孔排内沿圆筒形波纹隔热屏的周向均布若干圆柱孔，所述圆柱孔与圆柱气膜孔孔径相同均为Df。本专利技术的进一步技术方案是：所述波纹隔热屏板中单个波纹长度为λ，取值范围为50-80mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述波纹隔热屏板的厚度为δ，取值范围为0.5-1.2mm；所述波纹隔热屏板的振幅为M，取值范围为4-8mm。本专利技术的进一步技术方案是：每个波纹中与波谷相邻的偏置气膜孔排距离波谷的轴向距离为Wo，其范围为1/4λ-1/3λ；每个波纹中与波谷相邻的圆柱孔距离波谷的轴向距离为Wc，其范围为1/2λ-2/3λ。本专利技术的进一步技术方案是：所述圆柱气膜孔的孔径Df的取值范围为0.5-1.5mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述偏置气膜孔排与圆柱孔排的流向倾角为β，所述流向倾角为偏置气膜孔、圆柱孔的中心轴与圆筒形波纹隔热屏板轴向的夹角，取值范围为30°-60°。本专利技术的进一步技术方案是：所述偏置气膜孔排中相邻偏置气膜孔的展向间距为Po，其范围为3Df-4Df。本专利技术的进一步技术方案是：相邻两排所述偏置气膜孔排的轴向距离为So，其范围为6Df-9Df；相邻两排所述偏置气膜孔排中的偏置气膜孔的周向偏置距离为Bo，其范围为1.2Df-2Df。本专利技术的进一步技术方案是：所述圆柱孔排中相邻圆柱孔的展向间距为Pc，其范围为4Df-7Df。本专利技术的进一步技术方案是：相邻两排所述圆柱孔排的轴向距离为Sc，其范围为3Df-5Df；相邻两排所述圆柱孔排中的圆柱孔的周向偏置距离为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，其特征在于：包括波纹隔热屏板以及设置于波纹隔热屏板上的偏置气膜孔排和圆柱孔排；所述波纹隔热屏板为圆筒结构，其内为燃气通道，由圆筒形波纹隔热屏板和燃烧室外筒体组成的环形通道形成冷气通道；所述波纹隔热屏板的每个波纹都包括迎风面和背风面，所述迎风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有2-3排偏置气膜孔排，所述背风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有3-4排圆柱孔排；/n每排所述偏置气膜孔排内沿圆筒形波纹隔热屏板的周向均布若干偏置气膜孔，所述偏置气膜孔由圆柱气膜孔和偏置旋转圆柱孔叠加组合而成，所述圆柱气膜孔为圆形通孔，所述偏置旋转圆柱孔为圆柱气膜孔绕其位于冷气通道一侧孔口圆心偏置形成，偏置角α＝10°～45°，且圆柱气膜孔和偏置旋转圆柱孔的中心轴位于波纹隔热屏板的同一径向截面内；/n每排所述圆柱孔排内沿圆筒形波纹隔热屏的周向均布若干圆柱孔，所述圆柱孔与圆柱气膜孔孔径相同均为D

【技术特征摘要】
1.一种用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，其特征在于：包括波纹隔热屏板以及设置于波纹隔热屏板上的偏置气膜孔排和圆柱孔排；所述波纹隔热屏板为圆筒结构，其内为燃气通道，由圆筒形波纹隔热屏板和燃烧室外筒体组成的环形通道形成冷气通道；所述波纹隔热屏板的每个波纹都包括迎风面和背风面，所述迎风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有2-3排偏置气膜孔排，所述背风面沿圆筒形波纹隔热屏板的轴向均布有3-4排圆柱孔排；
每排所述偏置气膜孔排内沿圆筒形波纹隔热屏板的周向均布若干偏置气膜孔，所述偏置气膜孔由圆柱气膜孔和偏置旋转圆柱孔叠加组合而成，所述圆柱气膜孔为圆形通孔，所述偏置旋转圆柱孔为圆柱气膜孔绕其位于冷气通道一侧孔口圆心偏置形成，偏置角α＝10°～45°，且圆柱气膜孔和偏置旋转圆柱孔的中心轴位于波纹隔热屏板的同一径向截面内；
每排所述圆柱孔排内沿圆筒形波纹隔热屏的周向均布若干圆柱孔，所述圆柱孔与圆柱气膜孔孔径相同均为Df。


2.根据权利要求1所述用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，其特征在于：所述波纹隔热屏板中单个波纹长度为λ，取值范围为50-80mm。


3.根据权利要求1所述用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，其特征在于：所述波纹隔热屏板的厚度为δ，取值范围为0.5-1.2mm；所述波纹隔热屏板的振幅为M，取值范围为4-8mm。


4.根据权利要求1所述用于波纹隔热屏的偏置孔排加圆柱孔排组合冷却结构，其特征在于：每个波纹中与波谷相邻的偏置气膜孔排距离波谷的轴向距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱惠人，徐志鹏，张丽，刘存良，许卫疆，李鑫磊，郭涛，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61