[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

说明书

本发明涉及一种用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，包括用于构成燃烧室筒体内壁的气膜孔板层、冲击孔板层和夹芯米字桁架，夹芯米字桁架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和气膜孔层相连；在所述的气膜孔板上设置有与所述的夹芯米字桁架配合的气膜孔；在所述冲击孔板上设置有与所述的夹芯米字桁架配合的冲击孔，本发明还提供该装置形成冷气膜的方法，是由气膜孔和冲击孔配合在气膜孔板层和冲击孔板层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的外壁面形成气膜冷气隔热层。本发明结构简单，强度高，提高了发动机运行温度和使用寿命，同时也提高了强度。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体地说，涉及一种桁架夹芯结构的双层壁隔热屏结构及冷气膜形成方法。

背景技术

此前公开了几种燃烧室隔热屏，包括一种多孔波纹板燃烧室隔热屏(US005465572A)，其波纹状结构的伸缩性可以有效防止振动核筒体热变形造成的影响，又通过波纹板上离散气膜孔的冷却射流对隔热屏的高温燃气侧进行气膜冷却。然而，正是由于波纹状结构，冷却气膜射流难以覆盖整个表面，使其局部壁温过高，无法形成有效的气膜覆盖和换热；另外一种为带扰流柱的发散冷却隔热屏结构(US 20140096527A1)，通过发散的冷却形式在壁面形成气膜覆盖，阻隔高温燃气的直接接触，同时，隔热屏冷气侧壁面上的扰流柱结构可以对冷气进行扰动混合，强化对流换热，使冷气带走更多的热量而降低壁温。然而，单纯的发散冷却形式难以使扰流柱发挥更好的作用，冷却流动混合不够强烈，无法提升其冷却效率。

基于以上的经验，结合传统的气膜冷却、冲击冷却等方式，专利(CN103968418A)公开了一种用于燃烧室的双层壁隔热屏。此结构包括靠近燃气侧带有气膜孔的壁面、靠近冷气侧带有冲击孔的壁面以及气膜孔板和冲击孔板之间的梯形强化框，这样就形成了冷气侧冲击冷却、内部对流换热和燃气测气膜覆盖的复合冷却形式。此种结构可以通过对流换热带走传入的热量，提高冷气利用率，同时具有较好的力学性能，然而，此结构并未考虑梯形强化框在内部对流换热的过程中带来的流动阻力。

随着先进高性能燃气涡轮发动机的发展，流经燃烧室的燃气温度不断提高。另外，随着主流燃烧需要的空气流量的增大，导致用于冷却的空气流量减少，因此，必须应用结构更加合理，具有冷却能力的隔热屏结构，增加发动机的寿命。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种结构简单，大量降低发动机运行温度，增加强度，提高发动机的使用寿命和性能的用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置及冷气膜成型方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于发动机燃烧室的桁架式双层壁隔热装置，包括用于构成燃烧室筒体内壁的气膜孔板层和在所述气膜孔板层外侧的冲击孔板层，所述气膜孔板层内侧为燃烧室主燃气涵道，所述冲击孔板层与燃烧室的外壁面共同构成冷气外涵道；在所述气膜孔板层与冲击孔板层之间的空腔内设有矩阵排列的夹芯米字桁架；所述的气膜孔板层、冲击孔板层和夹芯米字桁架共同构成双层壁隔热屏；

所述的夹芯米字桁架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和气膜孔层相连；在所述的气膜孔板上设置有与所述的夹芯米字桁架配合的气膜孔；在所述冲击孔板上设置有与所述的夹芯米字桁架配合的冲击孔，所述的气膜孔和冲击孔用于在气膜孔板层和冲击孔板层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的外壁面形成气膜冷气隔热层。

进一步的，在所述四根桁架杆在气膜孔板上的四个连接点中，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，所述的气膜孔设置在四个连接点之间，且气膜孔沿周向上为至少三个孔组成的单排孔或双排孔。