一種隔熱屏設(shè)計方法及隔熱屏的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)迫混合加力燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種隔熱屏設(shè)計方法及隔熱屏。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機(jī)加力燃燒室作為高溫部件，其核心流溫度通常高達(dá)2000K以上，必須對加力燃燒室外壁采取有效的冷卻措施以避免發(fā)生燒蝕，保證具有足夠的可靠性和使用壽命。采用縱向波紋薄板的隔熱屏結(jié)構(gòu)是目前通用的冷卻方式，同時在隔熱屏表面周向均布?xì)饽だ鋮s孔對其進(jìn)行冷卻。
[0003]對于渦扇發(fā)動機(jī)加力燃燒室，常采用徑向穩(wěn)定器與環(huán)形穩(wěn)定器組合的方式穩(wěn)定火焰，最常見的是中間環(huán)形火焰穩(wěn)定器并帶有徑向向外火焰穩(wěn)定器的組合形式。這種組合方式保證了加力燃燒室具有較好的火焰穩(wěn)定性和較高的燃燒效率。但同時也造成了穩(wěn)定器后截面氣流溫度沿周向上的不均勻。這種溫度的周向不均勻性隨著氣流的向后流動，造成了隔熱屏也存在著周向的溫度不均勻，形成高低間隔的溫度條帶。
[0004]隨著隔熱屏壁面溫度分布不均勻現(xiàn)象的產(chǎn)生，會導(dǎo)致冷卻氣流量增加，降低了冷卻效率，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降；同時，還增加了隔熱屏的周向熱梯度，降低了使用壽命和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種隔熱屏設(shè)計方法及隔熱屏，以解決目前隔熱屏冷卻效率低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降的問題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種隔熱屏設(shè)計方法，所述隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器后方，所述隔熱屏上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，所述隔熱屏設(shè)計方法包括如下步驟:
[0008]步驟一、對所述加力燃燒室進(jìn)行建模，其中包括所述隔熱屏和所述火焰穩(wěn)定器；
[0009]步驟二、設(shè)置所述加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件，通過數(shù)值計算方法得到所述隔熱屏表面溫度分布；
[0010]步驟三、根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布來對所述隔熱屏上的每一組所述冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開孔率大于溫度較低位置處的開孔率。
[0011]優(yōu)選地，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0012]圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?br>[0013]優(yōu)選地，所述冷卻孔的開孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0014]搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。
[0015]優(yōu)選地，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀:
[0016]矩形、圓形、梯形或三角形。
[0017]本發(fā)明還提供了一種隔熱屏，設(shè)置在加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器后方，所述隔熱屏的上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，且每一組所述冷卻孔的分布是根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布進(jìn)行設(shè)計，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開孔率大于溫度較低位置處的開孔率。
[0018]優(yōu)選地，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0019]圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?br>[0020]優(yōu)選地，所述冷卻孔的開孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式:
[0021 ] 搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。
[0022]優(yōu)選地，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀:
[0023]矩形、圓形、梯形或三角形。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]本發(fā)明的隔熱屏設(shè)計方法及隔熱屏，是根據(jù)隔熱屏表面溫度分布來對隔熱屏上的每一組冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開孔率大于溫度較低位置的所述冷卻孔的開孔率，能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)性能；同時，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
【附圖說明】
[0026]圖1是現(xiàn)有平行進(jìn)氣式加力燃燒室的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是現(xiàn)有的火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是現(xiàn)有的隔熱屏展開后的主視圖；
[0029]圖4是現(xiàn)有的隔熱屏展開后的仰視圖；
[0030]圖5是本發(fā)明的隔熱屏展開后的主視圖；
[0031]圖6是本發(fā)明的隔熱屏展開后的仰視圖。
【具體實施方式】
[0032]這里將詳細(xì)地對示例性實施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。
[0033]如圖1至圖4所示，現(xiàn)有的平行進(jìn)氣式加力燃燒室，包括環(huán)形混合器1、中心錐2、火焰穩(wěn)定器3、筒體外壁4以及隔熱屏5。其中火焰穩(wěn)定器3結(jié)構(gòu)上分為徑向穩(wěn)定器31和環(huán)形穩(wěn)定器32，徑向穩(wěn)定器31和環(huán)形穩(wěn)定器32共同產(chǎn)生低速回流區(qū)，并對前方的油氣混合物起引燃作用，最終油氣混合物燃燒產(chǎn)生可高達(dá)2000K的燃燒產(chǎn)物。
[0034]通常采用隔熱屏5對筒體外壁4進(jìn)行隔熱保護(hù)，隔熱屏5與筒體外壁4之間流通外涵氣流，同時隔熱屏5上開有冷卻孔6，通過氣膜冷卻方式對隔熱屏5進(jìn)行冷卻保護(hù)。并且，隔熱屏5上冷卻孔6的傳統(tǒng)分布方式為周向均勻布置。
[0035]本發(fā)明提供了一種隔熱屏設(shè)計方法，隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室火焰穩(wěn)定器后方，隔熱屏上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔。隔熱屏設(shè)計方法包括如下步驟:
[0036]步驟一、對加力燃燒室進(jìn)行建模，建模目標(biāo)包括隔熱屏和火焰穩(wěn)定器。其中，模型的建立可以采用多種已知的軟件，例如UG軟件，具體建模過程此處不再贅述。
[0037]步驟二、設(shè)置加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件，通過數(shù)值計算方法得到隔熱屏表面溫度分布；其中，加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件包括溫度、壓力以及速度；同樣，進(jìn)行數(shù)值計算方法也可以采用多種已知的軟件，此處優(yōu)選為Ansys軟件，具體計算過程此處不再贅述。
[0038]步驟三、根據(jù)隔熱屏表面溫度分布來對隔熱屏上的每一組冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計，其中，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開孔率大于溫度較低位置的冷卻孔的開孔率；夠能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)性能；同時，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
[0039]本發(fā)明隔熱屏設(shè)計方法中的隔熱屏的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)需要進(jìn)行適合的選擇，例如圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影?兩層板)等。同樣，隔熱屏上的冷卻孔的開孔形式可以根據(jù)需要進(jìn)行適合的選擇，例如搓板孔、斜孔、平孔或縫槽等。進(jìn)一步，冷卻孔的截面形狀可以根據(jù)需要選擇為矩形、圓形、梯形或三角形等。
[0040]如圖5和圖6所示，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述隔熱屏設(shè)計方法設(shè)計得到的隔熱屏，隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室火焰穩(wěn)定器后方，隔熱屏的上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，且每一組冷卻孔的分布是根據(jù)隔熱屏表面溫度分布進(jìn)行設(shè)計，其中，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開孔率大于溫度較低位置的冷卻孔的開孔率；隔熱屏能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)性能；同時，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
[0041]同樣，隔熱屏的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)需要選擇為圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影?兩層板)等；隔熱屏上的冷卻孔的開孔形式可以根據(jù)選擇為搓板孔、斜孔、平孔或縫槽等；冷卻孔的截面形狀可以根據(jù)需要選擇為矩形、圓形、梯形或三角形等。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種隔熱屏設(shè)計方法，隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器后方，所述隔熱屏上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，其特征在于，所述隔熱屏設(shè)計方法包括如下步驟: 步驟一、對所述加力燃燒室進(jìn)行建模，其中包括所述隔熱屏和所述火焰穩(wěn)定器； 步驟二、設(shè)置所述加力燃燒室進(jìn)口的邊界條件，通過數(shù)值計算方法得到所述隔熱屏表面溫度分布； 步驟三、根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布來對所述隔熱屏上的每一組所述冷卻孔的分布進(jìn)行設(shè)計，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開孔率大于溫度較低位置處的開孔率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱屏設(shè)計方法，其特征在于，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔熱屏設(shè)計方法，其特征在于，所述冷卻孔的開孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔熱屏設(shè)計方法，其特征在于，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀: 矩形、圓形、梯形或三角形。5.一種隔熱屏，設(shè)置在加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器后方，其特征在于，所述隔熱屏的上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，且每一組所述冷卻孔的分布是根據(jù)所述隔熱屏表面溫度分布進(jìn)行設(shè)計，其中，在同一圓周內(nèi)，所述冷卻孔在溫度較高位置處的開孔率大于溫度較低位置處的開孔率。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔熱屏，其特征在于，所述隔熱屏可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 圓筒平板、橫向波紋板、縱向波紋板或?qū)影濉?.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隔熱屏，其特征在于，所述冷卻孔的開孔形式可以選自如下結(jié)構(gòu)形式: 搓板孔、斜孔、平孔或縫槽。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的隔熱屏法，其特征在于，所述冷卻孔的截面形狀可以選自如下形狀: 矩形、圓形、梯形或三角形。
【專利摘要】本發(fā)明涉及航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)迫混合加力燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種隔熱屏設(shè)計方法及隔熱屏，以解決目前隔熱屏冷卻效率低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能下降的問題。隔熱屏設(shè)置在加力燃燒室火焰穩(wěn)定器后方，隔熱屏上開設(shè)有多組沿周向分布的冷卻孔，隔熱屏設(shè)計方法包括如下步驟：對加力燃燒室進(jìn)行建模，其中包括隔熱屏和火焰穩(wěn)定器；通過數(shù)值計算方法得到隔熱屏表面溫度分布；根據(jù)隔熱屏表面溫度分布情況，在同一圓周內(nèi)，溫度較高位置的冷卻孔的開孔率大于溫度較低位置的冷卻孔的開孔率；本發(fā)明的隔熱屏能夠在保證冷卻效果的前提下，節(jié)省冷卻氣流量，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)性能；同時，能夠減少隔熱屏的周向熱梯度，提高壽命和可靠性。
【IPC分類】F23R3/18, F23M9/00
【公開號】CN105135470
【申請?zhí)枴緾N201510591330
【發(fā)明人】孫雨超
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計研究所
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月17日