[发明专利]陶瓷基环形火焰筒

说明书

本发明涉及陶瓷基环形火焰筒，包括筒主体、后支撑以及前端罩，筒主体与后支撑采用一体编织SiC_f/SiC_m材料制作，前端罩采用高温合金制作。本发明设计了类椭圆形斜孔设置在火焰筒筒壁，并设置周向倾角以达到最佳的冷却效果。为了解决不同材料零件之间连接的热失配问题，在头部连接处和后支撑处设置了热失配补偿槽缝。本专利所设计的陶瓷基复合材料火焰筒主要应用于航空发动机，具有重量轻、使用温度高、冷却效果好以及加工方便等特点。

技术领域

本发明涉及航空发动机结构设计领域，具体为陶瓷基环形火焰筒。

背景技术

火焰筒是航空发动机的重要核心部件，是发动机中温度最高的部件之一。火焰筒的性能和可靠性很大程度决定了发动机的性能和可靠性。在火焰筒中，燃油中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮能承受的温度，以便进入涡轮做功。由于火焰筒是开孔薄壁结构，筒壁上开有很多不同孔径的冷却气膜孔、掺混孔等，导致火焰筒温度分布上存在着很大的温度梯度，容易出现应力集中现象。火焰筒在高温长时间作用下会发生损伤，它随时间的推移逐步积累，当积累到一定程度，会使燃烧室失稳而发生蠕变屈曲，影响燃烧室出口流场的均匀性并对涡轮产生破坏。根据以往资料的统计，燃烧室故障中63％是火焰筒的故障，可见火焰筒是燃烧室中故障最多的部件，也是限制发动机寿命的关键部件。

航空发动机在追求高性能的道路上不断提升涡轮前温度，这将对热端部件材料的高温强度、抗腐蚀性及抗氧化性能等提出越来越严苛的要求。据称下一代军用发动机推重比将达到15～20，而发动机的涡轮前温度将达到2200K。这就对航空发动机燃烧室火焰筒的选材和设计发出了严峻的挑战。陶瓷基复合材料相比于高温合金，具有耐温高、密度低、有类金属的断裂行为、对裂纹不敏感、不发生灾难性的损毁等优异性能。如果能将陶瓷基复合材料火焰筒用于发动机燃烧室中，不仅能节约冷气，还有益于大幅减重，从而提高总压比，在高温合金耐温基础上实现进一步提升工作温度400～500℃、结构减重50％～70％的指标。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是针对背景技术提出的问题，提供一种陶瓷基环形火焰筒。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

陶瓷基环形火焰筒，由内环筒主体、外环筒主体、前端罩以及后支撑组成，内环筒主体与外环筒主体同心设置，内环筒主体的直径小于外环筒主体，内环筒主体和外环筒主体之间形成燃烧通道，前端罩安装在内环筒主体和外环筒主体前端，后支撑安装在内环筒主体后端，其中：内环筒主体、外环筒主体均由陶瓷基复合材料制作，内环筒主体与后支撑之间通过平纹编织陶瓷基复合材料纤维布一体化铺设而成。

为优化上述结构形式，采取的具体措施还包括：

上述的前端罩采用高温合金制作，前端罩与内环筒主体以及外环筒主体的连接处开设有第一热失配补偿槽缝，内环筒主体和外环筒主体的前端设置有第二热失配补偿槽缝，第一热失配补偿槽缝和第二热失配补偿槽缝交错设置。

上述的内环筒主体与后支撑的连接处开设有第三热失配补偿槽缝。

上述的第一热失配补偿槽缝、第二热失配补偿槽缝和第三热失配补偿槽缝均由一道深沟和深沟末端的圆形缺口组成，圆形缺口用于减少各热失配补偿槽缝处的应力集中。

上述的内环筒主体、外环筒主体表面遍布有贯通燃烧通道内外的气膜孔，气膜孔倾斜设置，且气膜孔的径向和周向均具有一定倾角。

上述的气膜孔开口为椭圆形或两端圆弧过渡的条形。

上述的气膜孔两个一组线性阵列排布，位于后部的气膜孔密度大于位于位于前部的气膜孔密度。

上述的内环筒主体和外环筒主体上沿周向布设有主燃孔和掺混孔，主燃孔和掺混孔均内外贯穿相应的环筒主体，气膜孔主燃孔和掺混孔保持一定的距离以避免气流的相互干扰。