[发明专利]一种带L型冲击孔板的纵向波纹冷却结构

说明书

本发明一种带L型冲击孔板的纵向波纹冷却结构，属于航空发动机燃烧室的冷却技术领域；包括波纹气膜孔板和L型冲击孔板，所述波纹气膜孔板为圆筒波纹管结构，作为加力燃烧室内壁，其内为主燃气涵道，L型冲击孔板的两端分别焊接于波纹气膜孔板的相邻波谷上；波纹气膜孔板的波纹包括迎风面和背风面，迎风面沿轴向均布2‑3排气膜孔，背风面沿轴向均布3‑4排气膜孔；L型冲击孔板垂直于波纹气膜孔板轴向的一侧板面为扰流柱，高度为H，其平行于波纹气膜孔板轴向的板面上开有多排冲击孔。其结构可在两方面强化换热：冷气涵道的L型冲击孔板上的L型肋扰流增加换热；冷气经冲击孔通过冲击对流换热方式带走波纹气膜板的冷量，冲击换热可以形成高换热区。

技术领域

本发明属于航空发动机燃烧室的冷却技术领域，具体涉及一种带L型冲击孔板的纵向波纹冷却结构。

背景技术

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。

参考文献：

[1]Wakeman,T.G.,Walker,A.,Maclin,H.M.,1993,“Gas Turbine Engine Multi-Hole Film Cooled Combustor Liner and Method of Manufacture”:US Patent,5181379.

[2]Napoli,P.D.,1993,“Combustor Liner with Circumferentially AnglesFilm Cooling Holes”,US Patent,5233828.

[3]Funazaki,K.,Igarashi,T.,Koide,Y.,Shinbo,K.,2001,“Studies onCooling Air Ejected over A Corrugated Wall:its Aerodynamic Behavior and FilmEffectiveness”,ASME Turbo Expo:Power for Land,Sea,Air,pp.1– 12.

[4]Ahmed,M.A.,Yusoff,M.Z.,Shuaib,N.H.,2013,“Effects of GeometricalParameters on the Flow and Heat Transfer Characteristics in Trapezoidal-Corrugated Channel using Nanofluid”,International Commun in Heat and Masstransfer,Vol.42,pp.69–74.