[发明专利]用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置及冷气膜形成方法

权利要求书

1.一种用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，包括用于构成燃烧室筒体内壁的气膜孔板层(1)和在所述气膜孔板层(1)外侧的冲击孔板层(2)，所述气膜孔板层(1)内侧为燃烧室主燃气涵道(8)，所述冲击孔板层(2)与燃烧室的外壁面(4)共同构成冷气外涵道(7)；在所述气膜孔板层(1)与冲击孔板层(2)之间的空腔内设有矩阵排列的夹芯米字桁架(3)；所述的气膜孔板层(1)、冲击孔板层(2)和夹芯米字桁架(3)共同构成双层壁隔热屏；

所述的夹芯米字桁架(3)是由四根桁架杆组成，四根桁架杆的中点相互交叉形成一中心交叉点，四根桁架杆两端分别与冲击孔板(2)和气膜孔层(1)相连；在所述的气膜孔板(1)上设置有与所述的夹芯米字桁架(3)配合的气膜孔(5)；在所述冲击孔板(2)上设置有与所述的夹芯米字桁架(3)配合的冲击孔(6)，所述的气膜孔(5)和冲击孔(6)用于在气膜孔板层(1)和冲击孔板层(2)之间形成延伸在气流流动方向上的四股纵向冷却涡系及在所述的气膜孔板(1)的外壁面形成气膜冷气隔热层。

2.如权利要求1所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，在所述四根桁架杆在气膜孔板(1)上的四个连接点中，在同一周向线上的两个连接点位于所述中心交叉点沿气流方向的前部，其余两个连接点位于所述中心交叉点沿气流方向的后部，所述的气膜孔(5)设置在四个连接点之间，且气膜孔(5)沿周向上为至少三个孔组成的单排孔或双排孔。

3.如权利要求1或2所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，在所述四根桁架杆在冲击孔板(2)上的四个连接点中，在同一周向线上的两个连接点位于所述中心交叉点沿气流方向的前部，其余两个连接点位于所述中心交叉点沿气流方向的后部，所述的冲击孔(6)设置在所述的四个连接点之间，且冲击孔(6)沿周向上为至少三个孔组成的单排孔或双排孔。

4.如权利要求1所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，所述多个夹芯米字桁架(3)的矩阵排列具体为：以Sx为夹芯米字桁架(3)轴向排布间距，Sz为夹芯米字桁架(3)周向排布间距，H为气膜孔板(1)与冲击孔板(2)之间的距离，d为夹芯米字桁架(3)的直径，则两两夹芯米字桁架(3)轴向和周向的设置距离为：

H≥S_x≥2d、H≥S_z≥2d；

所述的夹芯米字桁架(3)在所述气膜孔板(1)与冲击孔板(2)之间的空腔的轴向上按照设置距离连续延展排布，在周向上按照设置距离交错延展排布。

5.如权利要求2所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，所述的气膜孔(5)为与气膜孔板(1)的法向夹角为20～60°的通孔，气膜孔(5)的直径为0.3～10mm。

6.如权利要求1所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，所述的夹芯米字桁架(3)直径d与冲击孔板(2)和气膜孔板(1)间距H的比值变化范围为：0.05～0.25。

7.如权利要求3所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，所述的冲击孔(6)是冲击孔板(2)的法向通孔；所述的冲击孔(6)的直径为1～2mm。

8.如权利要求4-7任一所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，其特征在于，所述的夹芯米字桁架(3)与所述的气膜孔板(1)的壁面法向角度为θ，θ为30-60°；所述组成夹芯米字桁架(3)的桁架杆长度为l，H为气膜孔板(1)与冲击孔板(2)之间的距离，则l＝H/cosθ。

9.如权利要求1-8所述的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置在气膜孔板上形成冷气膜的方法，其特征在于，

在所述冷气外涵道(7)中的冷却气流(B)的部分垂直与冲击孔板(2)的冲击射流(C1)，经所述冲击孔板(2)上的冲击孔(6)进入气膜孔板(1)和冲击孔板(2)之间的空腔；

进入气膜孔板(1)和冲击孔板(2)之间空腔的冲击射流(C1)，一部分为直接对所述的气膜孔板(1)内壁面进行冲击冷却的冲击射流，形成冲击冷却气流(C3)，另一部分冲击所述的夹芯米字桁架(3)，并与夹芯米字桁架(3)表面碰撞形成环绕夹芯米字桁架(3)的绕流(C2)，

由所述夹芯米字桁架(3)环绕下降的绕流(C2)的一部分对气膜孔板(1)的内壁面进行扫掠和斜冲击，另一部分绕流(C2)与气膜孔板(1)和冲击孔板(2)之间的主气流混合，在沿气流流动方向上的米字桁架(3)两侧形成充满夹芯米字桁架(3)两侧空腔的纵向冷却涡系(C4)，且以夹芯米字桁架(3)的中心交叉点为中点，在夹芯米字桁架(3)的两侧各形成平行的两股纵向冷却涡系(C4)，对气膜孔板(1)和冲击孔板(2)之间加强冷却；

所述对气膜孔板(1)的内壁面进行扫掠和斜冲击的绕流(C2)进入气膜孔板的气膜孔(5)中形成气流射流(C5)，由气膜孔板(1)的外壁面流出的气流射流(C5)形成气膜冷气隔热层，降低燃烧室主燃气涵道(8)内主流高温燃气(A)对燃烧室壁面的热负荷。