一種大擴張比擴壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機、燃氣輪機燃燒室設(shè)計領(lǐng)域，主要涉及航空發(fā)動機、燃氣輪機燃燒室的擴壓器設(shè)計領(lǐng)域，具體而言，涉及一種大擴張比擴壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)動機，燃燒室進口空氣流速很高，一般在120 - 200m/s，對于燃燒室來說，如此高的氣流速度是無法保證燃燒室在有限長度內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定、完全燃燒的，因此，需要通過擴壓器降低空氣流速，為在燃燒室內(nèi)組織燃燒做準備。擴壓器的主要作用是將燃燒室進口的高速氣流的速度降低，為火焰筒內(nèi)油氣混合物的燃燒提供了一個穩(wěn)定、均勻的進口流場。隨著發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，燃燒室進口空氣馬赫數(shù)不斷提高。為保證擴壓器出口的氣流速度和擴壓器長度不變，只能增加擴壓器的擴張角。這樣帶來的結(jié)果是:擴壓器內(nèi)、外壁面附近的氣流會發(fā)生明顯的分離。氣流分離使得擴壓器的總壓損失增大，同時擴壓器出口的氣流發(fā)生畸變。擴壓器的總壓損失增加降低了發(fā)動機的性能，擴壓器出口的氣流發(fā)生畸變影響了燃燒室出口溫度場質(zhì)量，這在擴壓器的設(shè)計上是不能接受的。因此，現(xiàn)在亟需解決的技術(shù)問題是如何設(shè)計出一種大擴張比擴壓器，既能滿足燃燒室進口馬赫數(shù)增加的要求，又不會出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象，同時總壓損失還要盡可能的小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、既能滿足燃燒室進口馬赫數(shù)增加的設(shè)計要求，又能不出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象的大擴張比擴壓器。
[0004]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):一種大擴張比擴壓器，用于降低航空發(fā)動機、燃氣輪機的燃燒室進口的氣流速度和總壓損失，包括擴壓器本體、外壁分流片、內(nèi)壁分流片，其中，外壁分流片設(shè)置于擴壓器本體的外壁面氣流分離的位置，內(nèi)壁分流片設(shè)置于擴壓器本體的內(nèi)壁面氣流分離的位置，擴壓器本體具有預定的擴壓面積比，擴壓器本體的擴壓面積比根據(jù)燃燒室進口的空氣馬赫數(shù)而確定，擴壓器本體的擴壓面積比根據(jù)燃燒室進口的空氣流速增大而增大。燃燒室進口馬赫數(shù)不斷提高，要求燃燒室進口空氣速度不斷提高，燃燒室進口空氣量明顯增大，在不改變擴壓器的長度和擴壓器出口的氣流速度的前提下，保障燃燒室能夠有充分的空氣以及適應(yīng)的空氣壓強和速度，只能將擴壓器本體的擴壓面積比設(shè)置成大于現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器的擴壓面積比。擴壓器的擴壓面積比的數(shù)值是根據(jù)燃燒室進口馬赫數(shù)決定的。
[0005]上述方案中優(yōu)選的是，外壁分流片的前段和后段均為流路擴張的流線型。外壁分流片設(shè)計為流路擴張的流線型是減小空氣流在擴壓器本體內(nèi)受到的阻力，減少流速損失。
[0006]上述任一方案中優(yōu)選的是，內(nèi)壁分流片的前段和后段均為流路擴張的流線型。內(nèi)壁分流片設(shè)計為流路擴張的流線型的效果與外壁分流片設(shè)計成流路擴張的流線型的的作用是相同的，同樣是減小空氣在擴壓器本體內(nèi)受到的阻力，減少流速損失。
[0007]上述任一方案中優(yōu)選的是，外壁分流片與所述內(nèi)壁分流片的個數(shù)相同。保障氣流銜接的順暢，避免氣流在由擴壓器內(nèi)壁向擴壓器外壁流動過程中氣流速度不均勻，產(chǎn)生氣流畸形的現(xiàn)象對燃燒室的燃料燃燒造成影響。
[0008]上述任一方案中優(yōu)選的是，外壁分流片的個數(shù)為燃燒室噴嘴個數(shù)的整數(shù)倍。
[0009]本發(fā)明所提供的大擴張比擴壓器的有益效果在于，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，通過在擴壓器本體的外壁設(shè)置外分流片，內(nèi)壁面設(shè)置內(nèi)分流片，使得擴壓器本體的擴壓面積比大于現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器的擴壓面積比，在滿足了燃燒室進口馬赫數(shù)不斷增加的設(shè)計需求的同時，又不會在擴壓器壁面出現(xiàn)氣流分離，還減小了擴壓器總壓損失，裝置穩(wěn)定性高，安全可
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【附圖說明】
[0010]圖1是按照本發(fā)明的大擴張比擴壓器的一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是按照本發(fā)明的大擴張比擴壓器的圖1所示實施例的外壁分流片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是按照本發(fā)明的大擴張比擴壓器的圖1所示實施例的內(nèi)壁分流片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]附圖標記:
[0014]1-擴壓器本體、2-外壁分流片、3-內(nèi)壁分流片。
【具體實施方式】
[0015]為了更好地理解按照本發(fā)明方案的大擴張比擴壓器，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的大擴張比擴壓器的一優(yōu)選實施例作進一步闡述說明。
[0016]如圖1-圖3所示，本發(fā)明提供的大擴張比擴壓器，用于降低航空發(fā)動機、燃氣輪機燃燒室進口的氣流速度，包括擴壓器本體1、外壁分流片2、內(nèi)壁分流片3，其中，外壁分流片2設(shè)置于擴壓器本體I的外壁面，內(nèi)壁分流片3設(shè)置于擴壓器本體I的內(nèi)壁面，擴壓器本體I的擴壓面積比根據(jù)燃燒室進口的空氣馬赫數(shù)而確定，擴壓器本體I的擴壓面積比根據(jù)燃燒室進口的空氣流速提高而增大，大于現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器的擴壓面積比。外壁分流片2的前段和后段均為流路擴張的流線型。內(nèi)壁分流片3的前段和后段均為流路擴張的流線型。外壁分流片2與所述內(nèi)壁分流片3的個數(shù)相同。外壁分流片2的個數(shù)為燃燒室噴嘴個數(shù)的整數(shù)倍。
[0017]在發(fā)動機中，燃燒室進口空氣流速很高，一般在120 - 200m/s，對于燃燒室來說，如此高的氣流速度是無法保證燃燒室在有限長度內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定、完全燃燒的，因此，需要通過擴壓器降低空氣流速，為在燃燒室內(nèi)組織燃燒做準備。擴壓器的主要作用是將燃燒室進口的高速氣流的速度降低，為火焰筒內(nèi)油氣混合物的燃燒提供了一個穩(wěn)定、均勻的進口流場。隨著發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，燃燒室進口馬赫數(shù)不斷提高。本發(fā)明提供的大擴張比擴壓器通過在擴壓器本體I的外壁設(shè)置外分流片2，在擴壓器本體I的內(nèi)壁面設(shè)置內(nèi)分流片3，使得擴壓器本體I的擴壓面積比大于現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器的擴壓面積比，在滿足了燃燒室進口馬赫數(shù)不斷增加的設(shè)計要求的同時，即保證了擴壓器本體I的出口處的氣流不發(fā)生畸變，又保證了擴壓器本體I的內(nèi)外壁面不會出現(xiàn)氣流分離，有效的減小了擴壓器總壓損失，提高了發(fā)動機的性能。其中，擴壓器本體I上的內(nèi)壁分流片3與外壁分流片2的數(shù)量相等，且在角向位置是一一對應(yīng)的。氣流經(jīng)擴壓器本體I的前段進行第一次擴壓后，再分別經(jīng)擴壓器本體I的后段、內(nèi)壁分流片3和外壁分流片2進行第二次擴壓，進一步降低了燃燒室進口氣流的速度。所采用的大擴張比擴壓器比現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器多了一次擴壓過程，故采用的大擴張比擴壓器的擴壓面積比要大于現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器的擴壓面積比。這樣采用大擴壓面積比的擴壓器本體I將能很好的適應(yīng)燃燒室進口馬赫數(shù)不斷增加的設(shè)計要求，既不會在外壁分流片2之間發(fā)生氣流分離，也不會在內(nèi)壁分流片3之間發(fā)生氣流分離，更不會由于氣流馬赫數(shù)過大使擴壓器本體I出口處的氣流發(fā)生畸變從而降低發(fā)動機的性能。
[0018]在具體使用本發(fā)明提供的一種大擴張比擴壓器的過程中，大擴張比擴壓器本體I的擴壓面積比大于現(xiàn)用的常規(guī)擴壓器。在某型飛機發(fā)動機的設(shè)計中，現(xiàn)有的發(fā)動機燃燒室進口空氣的馬赫數(shù)一般在0.27-0.29之間，相應(yīng)的擴壓器擴壓面積比為約為1.2-1.3，為了提高該型飛機發(fā)動機的性能，將燃燒室進口空氣馬赫數(shù)將增大到0.34以上，在不改變擴壓器出口的氣流速度和擴壓器長度以及避免氣流畸形的前提下，就須將擴壓器的擴壓面積比增大到1.6以上，以減少擴壓器的總壓損失。在大擴張比擴壓器的外壁面布置若干個外壁分流片2，位于大擴張比擴壓器本體I在外壁面氣流分離的位置，使其經(jīng)過該位置的氣流從夕卜壁分流片2之間的空間通過，該部分氣流在此空間內(nèi)速度降低較慢，氣流分離減少。外壁分流片2前段的空間逐漸增大，氣流在該部分擴壓降速，外壁分流片2后段為流路擴張的流線型，在進行擴壓的同時還能減少氣流尾跡影響。在大擴張比擴壓器的內(nèi)壁面布置若干個內(nèi)壁分流片3，位于大擴張比擴壓器本體I在內(nèi)壁面氣流分離的位置，使其經(jīng)過該位置的氣流從內(nèi)壁分流片3之間的空間通過，該部分氣流在此空間內(nèi)速度降低較慢，氣流分離減少。內(nèi)壁分流片3前段的空間逐漸增大，氣流在該部分擴壓降速，內(nèi)壁分流片3后段為流路擴張的流線型，在進行擴壓的同時還能減少氣流尾跡影響。
[0019]本發(fā)明提供的大擴張比擴壓器的外壁面和內(nèi)壁面布置的外壁分流片2和內(nèi)壁分流片3之間的空間形狀與常規(guī)擴壓器相同。另外，擴壓器本體I的外壁分流片2和擴壓器本體I的內(nèi)壁分流片3的個數(shù)應(yīng)相同，且為燃燒室噴嘴個數(shù)的整數(shù)倍。某型飛機的燃燒室有16個噴嘴，其擴壓器本體I上的外壁分流片2和擴壓器本體I上的擴壓器內(nèi)壁分流片3的個數(shù)為16個。另一型號的飛機的燃燒室有16個噴嘴，其擴壓器本體I上的外壁分流片2和擴壓器本體I上的擴壓器內(nèi)壁分流片3的個數(shù)為32個。除此之外的某型飛機的燃燒室有16個噴嘴，其擴壓器本體I上的外壁分流片2和擴壓器本體I上的擴壓器內(nèi)壁分流片3的個數(shù)為48個。
[0020]以上結(jié)合本發(fā)明的大擴張比擴壓器具體實施例做了詳細描述，但并非是對本發(fā)明的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改均屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍，還需要說明的是，按照本發(fā)明的大擴張比擴壓器技術(shù)方案的范疇包括上述各部分之間的任意組合。
【主權(quán)項】
1.一種大擴張比擴壓器，用于降低航空發(fā)動機、燃氣輪機的燃燒室進口的氣流速度和總壓損失，其特征在于，包括擴壓器本體(I)、外壁分流片(2)、內(nèi)壁分流片(3)，其中，外壁分流片(2)設(shè)置于擴壓器本體(I)的外壁面氣流分離的位置，內(nèi)壁分流片(3)設(shè)置于擴壓器本體(I)的內(nèi)壁面氣流分離的位置，擴壓器本體(I)具有預定的擴壓面積比。2.如權(quán)利要求1所述的大擴張比擴壓器，其特征在于:所述外壁分流片(2)的前段和后段均為流路擴張的流線型。3.如權(quán)利要求1所述的大擴張比擴壓器，其特征在于:所述內(nèi)壁分流片(3)的前段和后段均為流路擴張的流線型。4.如權(quán)利要求2或3所述的大擴張比擴壓器，其特征在于:所述外壁分流片(2)與所述內(nèi)壁分流片(3)的個數(shù)相同。5.如權(quán)利要求4所述的大擴張比擴壓器，其特征在于:所述外壁分流片(2)的個數(shù)為燃燒室噴嘴個數(shù)的整數(shù)倍。
【專利摘要】一種大擴張比擴壓器，涉及航空發(fā)動機、燃氣輪機燃燒室的擴壓器設(shè)計領(lǐng)域，大擴張比擴壓器由擴壓器本體、外壁分流片、內(nèi)壁分流片組成，外壁分流片設(shè)置于擴壓器本體的外壁面，內(nèi)壁分流片設(shè)置于擴壓器本體的內(nèi)壁面。外壁分流片與內(nèi)壁分流片的個數(shù)相等且外壁分流片與內(nèi)壁分流片的前段和后段均為流路擴張的流線型。本發(fā)明提供的大擴張比擴壓器通過在擴壓器本體的外壁設(shè)置外分流片，內(nèi)壁面設(shè)置內(nèi)分流片，使得擴壓器本體的擴壓面積比大于現(xiàn)有技術(shù)中擴壓器的擴壓面積比，在滿足了燃燒室進口馬赫數(shù)不斷增加的設(shè)計要求的同時，又避免在擴壓器壁面出現(xiàn)氣流分離，還減小了擴壓器總壓損失，裝置穩(wěn)定性高，安全可靠。
【IPC分類】F23R3/26
【公開號】CN105114982
【申請?zhí)枴緾N201510586455
【發(fā)明人】萬斌, 刁瑤朋, 程明, 張成凱
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月15日