航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及其航空發(fā)動(dòng)的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)，所述航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室包括：內(nèi)機(jī)匣、外機(jī)匣、火焰筒、燃油噴嘴以及多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器，其中經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的空氣通過(guò)所述多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器進(jìn)入所述燃燒室內(nèi)，并分成外側(cè)流、中間流和內(nèi)側(cè)流，所述外側(cè)流流入在外機(jī)匣和外火焰筒之間的外環(huán)腔，向外火焰筒提供冷卻氣和穿過(guò)外摻混孔陣的摻混氣，所述中間流流入火焰筒頭部，向火焰筒頭部提供冷卻氣和燃燒空氣，以及所述內(nèi)側(cè)流流入在內(nèi)機(jī)匣和內(nèi)火焰筒之間的內(nèi)環(huán)腔，向內(nèi)火焰筒提供冷卻氣和穿過(guò)內(nèi)摻混孔陣的摻混氣。本發(fā)明能夠控制污染排放，延長(zhǎng)火焰筒在高溫下的使用壽命，提升燃燒室出口溫度分布調(diào)節(jié)能力，保證燃燒室的可靠運(yùn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種實(shí)現(xiàn)低污染、長(zhǎng)壽命的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及包括該燃燒室的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]燃燒室是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)中必不可少的部件之一，在這里燃料中含有的化學(xué)能通過(guò)燃燒化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成熱能，形成高溫燃燒產(chǎn)物，驅(qū)動(dòng)渦輪做功。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的綜合性能和結(jié)構(gòu)布局已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn)，但仍面臨大量的難題和挑戰(zhàn)。新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)、新概念的持續(xù)發(fā)展應(yīng)用才能保證其基業(yè)長(zhǎng)青。
[0003]隨著大氣環(huán)境問(wèn)題在世界范圍內(nèi)受到越來(lái)越多的關(guān)注，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放的限制要求日趨嚴(yán)格，甚至到了苛刻的地步。根據(jù)目前民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)趨勢(shì)與市場(chǎng)需求，到2020年左右，氮氧化物(NOx)的排放量比現(xiàn)行國(guó)際民航組織(ICAO)規(guī)定CAEP6標(biāo)準(zhǔn)還要減少50%左右。為了滿足日益嚴(yán)格的航空發(fā)動(dòng)機(jī)污染排放標(biāo)準(zhǔn)，低污染排放已成為現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的一項(xiàng)重要性能要求。同時(shí)，從降低維護(hù)與營(yíng)運(yùn)成本的角度出發(fā)，燃燒室的使用壽命也是非常關(guān)注的問(wèn)題。
[0004]依照現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室低污染的發(fā)展趨勢(shì)，采用中心分級(jí)燃燒的貧油燃燒模式是最有潛力的控制污染排放的手段之一，這需要大幅度提高用于參加燃燒的空氣分配比例，由此給燃燒室的研發(fā)帶來(lái)其他的困難，例如火焰筒冷卻氣量減少，需提高火焰筒的耐久性；摻混氣量減少，需保證出口溫度分布品質(zhì)。
[0005]燃燒室火焰筒壽命是燃燒室使用壽命的最主要的決定因素。如何降低火焰筒壁面的熱應(yīng)力成為目前燃燒室研發(fā)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及其航空發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)低污染排放和長(zhǎng)使用壽命。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，包括:
[0008]內(nèi)機(jī)匣；
[0009]外機(jī)匣，其環(huán)繞所述內(nèi)機(jī)匣；
[0010]火焰筒，其位于所述外機(jī)匣和所述內(nèi)機(jī)匣之間，所述火焰筒包括火焰筒頭部、內(nèi)火焰筒和環(huán)繞所述內(nèi)火焰筒的外火焰筒，其中，所述內(nèi)火焰筒上設(shè)有內(nèi)摻混孔陣，所述外火焰筒上設(shè)有外摻混孔陣；
[0011]燃油噴嘴，燃油通過(guò)所述燃油噴嘴進(jìn)入所述火焰筒頭部；
[0012]多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器，經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的空氣通過(guò)所述多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器進(jìn)入所述燃燒室內(nèi)，并分成外側(cè)流、中間流和內(nèi)側(cè)流，所述外側(cè)流流入在所述外機(jī)匣和所述外火焰筒之間的外環(huán)腔，向所述外火焰筒提供冷卻氣和穿過(guò)所述外摻混孔陣的摻混氣，所述中間流流入所述火焰筒頭部，向所述火焰筒頭部提供冷卻氣和燃燒空氣，以及所述內(nèi)側(cè)流流入在所述內(nèi)機(jī)匣和所述內(nèi)火焰筒之間的內(nèi)環(huán)腔，向所述內(nèi)火焰筒提供冷卻氣和穿過(guò)所述內(nèi)摻混孔陣的摻混氣。
[0013]其中，所述多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器內(nèi)設(shè)置有多個(gè)隔環(huán)，用于將經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的空氣分成外側(cè)流、中間流和內(nèi)側(cè)流。
[0014]其中，所述外摻混孔陣和所述內(nèi)摻混孔陣相對(duì)地設(shè)置，形成對(duì)沖的摻混孔陣。
[0015]其中，所述內(nèi)摻混孔陣在所述內(nèi)火焰筒的圓周方向上均勻分布。
[0016]其中，所述外摻混孔陣在所述外火焰筒的圓周方向上均勻分布。
[0017]其中，所述火焰筒頭部采用分級(jí)燃燒方式，由預(yù)燃級(jí)組件和主燃級(jí)組件組成。
[0018]其中，還包括位于所述內(nèi)火焰筒和所述外火焰筒之間的中間環(huán)腔，所述中間環(huán)腔的流通截面沿氣流方向收縮。
[0019]其中，所述內(nèi)火焰筒和/或所述外火焰筒包括支承壁和浮動(dòng)壁，所述支承壁的內(nèi)側(cè)上固定有多個(gè)所述浮動(dòng)壁，并且相鄰的浮動(dòng)壁之間存在間隙。
[0020]其中，所述浮動(dòng)壁采用陶瓷基復(fù)合材料制成。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括根據(jù)前面所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。
[0022]本發(fā)明的燃燒室能夠縮短長(zhǎng)度，減輕重量，控制污染排放，延長(zhǎng)火焰筒在高溫下的使用壽命，提升燃燒室出口溫度分布調(diào)節(jié)能力，保證燃燒室的可靠運(yùn)行，同時(shí)控制污染排放，實(shí)現(xiàn)了低污染和長(zhǎng)壽命。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】`
[0023]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方式以及進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面結(jié)合附圖的描述得到更好地理解，其中:
[0024]圖1是本發(fā)明的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的火焰筒的雙層壁的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0026]圖3是常規(guī)的燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0028]I多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器 2外機(jī)匣
[0029]3內(nèi)機(jī)匣4燃油噴嘴
[0030]5火焰筒頭部6外火焰筒
[0031]7內(nèi)火焰筒8外摻混孔陣
[0032]9內(nèi)摻混孔陣10隔環(huán)
[0033]11空氣12外側(cè)流
[0034]13中間流14內(nèi)側(cè)流
[0035]15外環(huán)腔16燃燒空氣
[0036]17內(nèi)環(huán)腔18冷卻氣
[0037]19冷卻氣20摻混氣
[0038]21摻混氣22擴(kuò)壓器
[0039]23常規(guī)火焰筒頭部 24火焰筒
[0040]25摻混孔截面高度 26摻混孔陣截面高度[0041]27支承壁 28浮動(dòng)壁
[0042]29射流30氣膜
[0043]31外側(cè)方向32內(nèi)側(cè)方向
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面詳細(xì)討論實(shí)施例的實(shí)施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實(shí)施例僅示范性地說(shuō)明實(shí)施和使用本發(fā)明的特定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0045]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性但非限制性的實(shí)施例的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室:采用多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器，中心分級(jí)的貧油頭部，陶瓷基復(fù)合材料浮動(dòng)壁、火焰筒容積減少并后段快速收縮的火焰筒造型以及對(duì)沖摻混孔陣。
[0046]參見(jiàn)圖1，航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室由多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器1、燃燒室外機(jī)匣2、燃燒室內(nèi)機(jī)匣3、燃油噴嘴4、火焰筒組成。燃油通過(guò)燃油噴嘴4進(jìn)入火焰筒，火焰筒位于外機(jī)匣2和內(nèi)機(jī)匣3之間，包括火焰筒頭部5、外火焰筒6和內(nèi)火焰筒7。外火焰筒6環(huán)繞內(nèi)火焰筒7，內(nèi)火焰筒7上設(shè)有內(nèi)摻混孔陣9，外火焰筒6上設(shè)有外摻混孔陣8。
[0047]多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器I采用多通道結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度比常規(guī)燃燒室的擴(kuò)壓器22短(圖3)。經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的空氣11在多通道擴(kuò)壓器內(nèi)被隔環(huán)10分成多股并被擴(kuò)壓減速至適合的狀態(tài)。在擴(kuò)壓器出口，氣流適應(yīng)燃燒室的氣流分配，分成外側(cè)流12，中間流13和內(nèi)側(cè)流14，外側(cè)流12流入在外機(jī)匣2和外火焰筒6之間的外環(huán)腔15，向外火焰筒6提供冷卻氣18和穿過(guò)外摻混孔陣8的摻混氣20，中間流13流入火焰筒頭部5，向火焰筒頭部提供冷卻氣和燃燒空氣16，內(nèi)側(cè)流14流入在內(nèi)機(jī)匣3和內(nèi)火焰筒7之間的內(nèi)環(huán)腔17，向內(nèi)火焰筒7提供冷卻氣19和穿過(guò)內(nèi)摻混孔陣9的摻混氣21。
`[0048]火焰筒頭部5采用分級(jí)燃燒方式，主要由預(yù)燃級(jí)組件和主燃級(jí)組件組成。利用由預(yù)燃級(jí)進(jìn)入燃燒室的旋流空氣產(chǎn)生低速回流區(qū)穩(wěn)定火焰，主燃級(jí)在分級(jí)點(diǎn)后啟動(dòng)，采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒組織方式，由于這種燃燒方式頭部進(jìn)氣量大，火焰筒頭部5比現(xiàn)有燃燒室的常規(guī)火焰筒頭部23大(圖3)。
[0049]如圖2所示，外火焰筒6和內(nèi)火焰筒7采用雙層壁結(jié)構(gòu)，外層壁為支承壁27，內(nèi)層壁為浮動(dòng)壁28，冷卻空氣沿外側(cè)方向31流動(dòng)，燃?xì)庋貎?nèi)側(cè)方向32流動(dòng)。冷卻空氣通過(guò)在外層壁上的孔，形成射流29沖擊冷卻浮動(dòng)壁28，并形成氣膜30保護(hù)下一段浮動(dòng)壁28。優(yōu)選地，浮動(dòng)壁28采用陶瓷基復(fù)合材料制成，通過(guò)連接件連接到支承壁27上，相鄰的浮動(dòng)壁28之間存在間隙。
[0050]在本實(shí)施例中，外火焰筒6和內(nèi)火焰筒7之間的中間環(huán)腔的流通截面沿氣流方向收縮，后段流通面積收縮快，相比常規(guī)的火焰筒24(圖3)，增大了流通面積的收縮度，在相同的頭部尺寸及火焰筒長(zhǎng)度下，火焰筒容積減小。
[0051]外火焰筒6和內(nèi)火焰筒7上沒(méi)有主燃孔，分別開(kāi)有外摻混孔陣8和內(nèi)摻混孔陣9。優(yōu)選地，外摻混孔陣8和內(nèi)摻混孔陣9相對(duì)地設(shè)置。內(nèi)摻混孔陣9在內(nèi)火焰筒7的圓周方向上均勻分布，外摻混孔陣8在外火焰筒6的圓周方向上均勻分布，以便于調(diào)節(jié)出口溫度分布。與常規(guī)的燃燒室的摻混孔截面高度25相比，本發(fā)明的摻混孔陣截面高度26減小。
[0052]本發(fā)明燃燒室的特點(diǎn)在于:多通道擴(kuò)壓器、中心分級(jí)燃燒的貧油頭部、陶瓷基復(fù)合材料浮動(dòng)壁、火焰筒容積減少并后段流通面積快速收縮的火焰筒造型以及對(duì)沖摻混孔陣。氣流由多通道擴(kuò)壓器進(jìn)入燃燒室，在擴(kuò)壓器出口處分成配置合理的三股氣流，其中中間大部分的氣流通過(guò)采用中心分級(jí)燃燒技術(shù)的貧油頭部進(jìn)入火焰筒參與燃燒，內(nèi)外兩股氣流進(jìn)入內(nèi)外環(huán)腔分別作為冷卻氣和摻混氣冷卻火焰筒和調(diào)節(jié)燃?xì)獾某隹跍囟确植肌?br> [0053]本發(fā)明的有益效果如下所述:
[0054]1.采用多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器，多通道的設(shè)計(jì)可在更短的長(zhǎng)度內(nèi)滿足對(duì)擴(kuò)壓減速的要求，縮短了擴(kuò)壓器長(zhǎng)度，從而獲得燃燒室長(zhǎng)度和重量減少的收益，并合理配置進(jìn)入火焰筒頭部和內(nèi)外環(huán)腔的流量比例。
[0055]2.中心分級(jí)的貧油頭部，貧油燃燒使燃料處于低污染的燃燒溫度區(qū)間內(nèi)，中心分級(jí)燃燒技術(shù)保證不同功率下，燃燒室局部區(qū)域以最佳燃油空氣匹配模式進(jìn)行燃燒，解決了大狀態(tài)下NOx排放和小功率下CO、UHC排放的矛盾，從而獲得控制并降低污染排放的收益。
[0056]3.陶瓷基復(fù)合材料浮動(dòng)壁，浮動(dòng)壁瓦片四周的膨脹間隙，解決了高溫情況下的熱應(yīng)力問(wèn)題，陶瓷基復(fù)合材料具有耐高溫能力、固有的抗氧化性、抗磨損性/侵蝕性、比高溫合金的密度低、熱膨脹系數(shù)小、抗溫度梯度能力強(qiáng)等特性，應(yīng)用于浮動(dòng)壁上，提升了火焰筒的耐高溫能力和抗腐蝕能力，減少了火焰筒對(duì)冷卻氣量的需求，從而獲得在有限的冷卻氣量下，延長(zhǎng)火焰筒在高溫下的使用壽命的收益。
[0057]4.火焰筒容積減少并后段流通面積快速收縮的火焰筒造型，火焰筒后段通道高度減小，一方面縮小了火焰筒的容積，減小燃?xì)怦v留時(shí)間，可獲得減少NOx排放的收益，另一方面摻混孔位于火焰筒后段，摻混孔所在截面高度的減小，有利于摻混射流與高溫燃?xì)獾幕旌?，可獲得在減少摻混空氣需求量的前提下獲得滿意燃燒室出口溫度分布的收益。
[0058]5.對(duì)沖的摻混孔陣，雙側(cè)的開(kāi)孔射流使摻混射流與高溫燃?xì)獾幕旌细鼮橥耆?、有效，可有更多的可選擇調(diào)節(jié)方案可獲得提升燃燒室出口溫度分布品質(zhì)的收益。
[0059]本發(fā)明中所述具體實(shí)施案例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，包括: 內(nèi)機(jī)匣⑶； 外機(jī)匣(2)，其環(huán)繞所述內(nèi)機(jī)匣(3); 火焰筒，其位于所述外機(jī)匣(2)和所述內(nèi)機(jī)匣(3)之間，所述火焰筒包括火焰筒頭部(5)、內(nèi)火焰筒(7)和環(huán)繞所述內(nèi)火焰筒(7)的外火焰筒(6)，其中，所述內(nèi)火焰筒(7)上設(shè)有內(nèi)摻混孔陣(9)，所述外火焰筒(6)上設(shè)有外摻混孔陣(8)； 燃油噴嘴(4)，燃油通過(guò)所述燃油噴嘴進(jìn)入所述火焰筒頭部(5)； 多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器(I)，經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的空氣(11)通過(guò)所述多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器(I)進(jìn)入所述燃燒室內(nèi)，并分成外側(cè)流(12)、中間流(13)和內(nèi)側(cè)流(14)，所述外側(cè)流(12)流入在所述外機(jī)匣(2)和所述外火焰筒(6)之間的外環(huán)腔(15)，向所述外火焰筒(6)提供冷卻氣(18)和穿過(guò)所述外摻混孔陣(8)的摻混氣(20)，所述中間流(13)流入所述火焰筒頭部(5)，向所述火焰筒頭部(5)提供冷卻氣和燃燒空氣(16)，以及所述內(nèi)側(cè)流(14)流入在所述內(nèi)機(jī)匣⑶和所述內(nèi)火焰筒⑵之間的內(nèi)環(huán)腔(17)，向所述內(nèi)火焰筒(7)提供冷卻氣(19)和穿過(guò)所述內(nèi)摻混孔陣(9)的摻混氣(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述多通道進(jìn)口擴(kuò)壓器內(nèi)設(shè)置有多個(gè)隔環(huán)(10)，用于將經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的空氣分成外側(cè)流(12)、中間流(13)和內(nèi)側(cè)流(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或`2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述外摻混孔陣(8)和所述內(nèi)摻混孔陣(9)相對(duì)地設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述內(nèi)摻混孔陣(9)在所述內(nèi)火焰筒(7)的圓周方向上均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述外摻混孔陣(8)在所述外火焰筒(6)的圓周方向上均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述火焰筒頭部(5)采用分級(jí)燃燒方式，由預(yù)燃級(jí)組件和主燃級(jí)組件組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，還包括位于所述內(nèi)火焰筒(7)和所述外火焰筒(6)之間的中間環(huán)腔，所述中間環(huán)腔的流通截面沿氣流方向收縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述內(nèi)火焰筒(7)和/或所述外火焰筒(6)包括支承壁(27)和浮動(dòng)壁(28)，所述支承壁(27)的內(nèi)側(cè)上固定有多個(gè)所述浮動(dòng)壁(28)，并且相鄰的浮動(dòng)壁(28)之間存在間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，其特征在于，所述浮動(dòng)壁(28)采用陶瓷基復(fù)合材料制成。
10.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。
【文檔編號(hào)】F23R3/04GK103868099SQ201210541591
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月13日
【發(fā)明者】劉雯佳, 李彬, 郭德三, 胡瑩超 申請(qǐng)人:中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司