[发明专利]浮动瓦块以及燃烧室火焰筒

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种浮动瓦块以及设置该浮动瓦块的燃烧室火焰筒。

背景技术

航空发动机燃烧室火焰筒在温度高达2000K甚至更高温度的燃气中工作，现役发动机火焰筒材料不能长时间在如此恶劣的环境下工作，因此必须对燃烧室火焰筒进行冷却，以防止火焰筒被高温燃气烧坏而减少燃烧室或发动机的寿命。

目前，航空发动机燃烧室火焰筒基本冷却方式有气膜冷却、对流气膜冷却、冲击气膜冷却、冲击/发散冷却和层板冷却等。现代先进高性能低污染排放的燃烧室，燃烧区温度更高，可供火焰筒筒冷却的气流量更少，这就迫切需要发展一种冷却效率更高，所需冷却气少的新型火焰筒冷却技术。

如图1所示，现有技术中冲击/发散复合冷却方式的特点是冷却空气(或称冷却气流、冷却气、冷气)先对多孔壁面冷侧进行冲击冷却，然后进入浮动瓦块上斜切孔(或称：气膜微孔)内进行对流换热，流出小孔后在热侧壁面形成保护气膜(或称冷却气膜，简称气膜)，成为多次冷却。该冷却技术可充分利用冲击冷却换热系数高的特点强化壁内换热；斜切孔与壁面倾斜，增大了换热表面积，并使热侧气膜更加贴壁，减弱冷却流与热燃气的掺混，形成良好的全气膜保护；通过壁间压降分配可以优化换热和流阻之间的关联。它是一种双层壁结构形式，因此也给采用浮动壁结构技术带来方便。

现有的冲击/发散冷却结构中，火焰筒内衬最高热区接近这一温度限制时，其它区域的壁温会较大程度地低于此温度限制，这样火焰筒内衬壁会有较大的温度梯度，冷却气未被最理想地利用。若要提高冷却效率，需增加瓦块上斜切孔数目，但由此将带来结构的强度和刚性以及多孔材料的壁厚较大，流阻损失不易控制等问题。为了既要增强火焰筒壁内的换热性能，又要解决材料的耐久性问题，现有技术还提供了一种采用层板全气膜冷却结构替换现有的斜切孔式浮动瓦块的技术方案，燃烧室上采用的这类层板全气膜冷却又称为准发散冷却。

如图2所示，层板全气膜冷却采取主动强化换热的方法，充分发挥冷却空气的冷却潜力，因而大大减少了冷却空气的用量，其冷气流量可比常规冷却减少30％，特点如下：

1、冷却气进入层板时抽吸孔口周围的附面层，使其变薄，强化对流换热，而后冲击壁面形成冲击对流换热；

2、冷却气在多孔壁的内部扩展通道进行强迫对流换热；

3、冷却气从层板热面小孔“浮现”出来时形成全气膜覆盖，阻止高温燃气与壁面直接接触。

本申请人发现：现有技术至少存在以下技术问题：

现有的层板全气膜冷却结构中，层板内的冷却空气传输通道易被氧化物堵塞引起流量变化，并造成堵塞局部高温。

同时，且由于其采用整体式结构，同样易出现温度场分布不均匀而产生热应力，进而影响结构的耐久性。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种浮动瓦块以及设置该浮动瓦块的燃烧室火焰筒，解决了现有技术中火焰筒的浮动瓦块由于堵孔率的存在而导致结构局部高温的问题。。

本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明实施例提供的浮动瓦块，包括两个以上扰流体以及连接在所述扰流体之间的两个以上连接体，其中：

所述扰流体与所述连接体共同形成镂空的板状结构；

所述扰流体之间的间隙和/或所述连接体之间的间隙和/或所述扰流体与所述连接体之间的间隙在所述板状结构的其中一侧部形成所述浮动瓦块的冷却气流进口，在所述板状结构的其中另一侧部形成所述浮动瓦块的冷却气流出口。

在一个优选或可选地实施例中，所述扰流体包括两个以上冷侧子扰流体、两个以上热侧子扰流体以及介于所述冷侧子扰流体与所述热侧子扰流体之间的中部子扰流体，其中：

所述冷侧子扰流体与所述中部子扰流体之间以及所述中部子扰流体与所述热侧子扰流体之间均通过所述连接体相连；

所述冷侧子扰流体之间的间隙形成所述冷却气流进口，所述热侧子扰流体之间的间隙形成所述冷却气流出口。

在一个优选或可选地实施例中，所述中部子扰流体的横截面为圆形或椭圆形，且其数目为两个以上，每个所述中部子扰流体在所述浮动瓦块的周向方向上介于相邻两个所述冷侧子扰流体之间且正对所述冷却气流进口。

在一个优选或可选地实施例中，所述冷却气流进口包括两条以上入口缝隙。

在一个优选或可选地实施例中，所述入口缝隙的最大延伸方向与所述浮动瓦块的周向方向相一致。