CN110044626B - 一种单扇区燃烧室试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种单扇区燃烧室试验装置，包括机匣、燃烧室头部、帽罩、扩压器和火焰筒，所述火焰筒包括内壳体、外壳体、第一侧板组件和第二侧板组件。所述内壳体和所述外壳体为圆弧板状且共中心轴线设置；所述第一侧板组件和所述第二侧板组件均沿所述内壳体和所述外壳体的径向设置，并且围成了所述火焰筒的扇形燃烧区；所述扇形燃烧区用于进行所述火焰筒的燃烧过程。扇形燃烧区等效于完整的环形火焰筒的环形燃烧区的一部分，因此本发明提供的单扇区燃烧室试验装置更加接近真实的燃烧室部件，既可以用来验证燃烧室头部的性能，还能验证燃烧室扩压器的性能，火焰筒冷却设计的可靠性，流道的合理性等，提高了试验效率。

Description

一种单扇区燃烧室试验装置

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种单扇区燃烧室试验装置。

背景技术

目前航空发动机的燃烧室部件研制过程中通常采用单头部试验的方式来对燃烧室部件方案进行验证和优化。但由于单头部试验仅仅只能验证燃烧室头部性能，不能考虑扩压器，帽罩对燃烧的影响以及模拟内、外环腔空气流动，因而不能更好的验证燃烧室各方面的性能。

本领域需要一种能够更好的验证燃烧室各方面性能的单扇区燃烧室试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单扇区燃烧室试验装置，所述单扇区燃烧室试验装置更加接近真实的燃烧室部件，其试验验证的结果更加真实可信。

为实现所述目的的单扇区燃烧室试验装置，包括限定出燃烧室的机匣、燃烧室头部、帽罩、扩压器和火焰筒，所述火焰筒固定设置在所述机匣内部；

所述火焰筒包括内壳体、外壳体、第一侧板组件和第二侧板组件；所述内壳体和所述外壳体为圆弧板状且共中心轴线设置；所述第一侧板组件和所述第二侧板组件均沿所述内壳体和所述外壳体的径向设置；

以所述内壳体的周向为参照，所述第一侧板组件和所述第二侧板组件分别位于所述内壳体的两端，并与所述内壳体的两端分别密封连接；以所述外壳体的周向为参照，所述第一侧板组件和所述第二侧板组件也分别位于所述外壳体的两端，并与所述外壳体的两端分别密封连接，从而围成所述火焰筒的扇形燃烧区；

所述燃烧室还提供环绕所述扇形燃烧区的环腔；

其中，气流经过所述扩压器，被扩压后进入所述燃烧室，一部分所述气流通过所述帽罩、所述燃烧室头部进入所述扇形燃烧区；另一部分所述气流进入所述环腔，又分为两股，一股用于冷却所述火焰筒，另一股用于冷却所述第一侧板组件和所述第二侧板组件。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述环腔包括位于所述内壳体和/或所述外壳体外侧的引气环腔、位于所述第一侧板组件外侧的第一冷却侧腔、位于所述第二侧板组件外侧的第二冷却侧腔；所述第一冷却侧腔和所述第二冷却侧腔分别与所述引气环腔连通；

所述引气环腔引入被扩压后的所述气流，并将所述气流导入所述第一冷却侧腔和所述第二冷却侧腔，以分别对所述第一侧板组件和所述第二侧板组件进行冷却。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一侧板组件和所述第二侧板组件沿径向延伸至与所述机匣的内壁密封连接，以在所述第一侧板组件和所述第二侧板组件相对的一侧形成所述引气环腔，并在所述第一侧板组件的另一侧形成所述第一冷却侧腔,以及在所述第二侧板组件的另一侧形成所述第二冷却侧腔；

所述第一侧板组件上开设有第一气流通道，所述第一气流通道连通所述引气环腔和所述第一冷却侧腔；所述第二侧板组件上开设有第二气流通道，所述第二气流通道连通所述引气环腔和所述第二冷却侧腔。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一侧板组件包括第一侧板和第一盖板，所述第二侧板组件包括第二侧板和第二盖板；

所述第一侧板的一侧分别与所述内壳体和所述外壳体密封连接，所述第二侧板的一侧分别与所述内壳体和所述外壳体密封连接，从而围成所述火焰筒的所述扇形燃烧区；所述第一侧板的另一侧覆盖有所述第一盖板，并与所述第一盖板之间形成第一夹缝；所述第二侧板的另一侧覆盖有所述第二盖板，并与所述第二盖板之间形成第二夹缝；

所述第一盖板上开设有第一冲击孔，所述第一冲击孔与所述第一夹缝连通；所述第二盖板上开设有第二冲击孔，所述第二冲击孔与所述第二夹缝连通；

所述第一冲击孔用于将进入所述第一冷却侧腔的所述气流吸入所述第一夹缝，以冲击冷却所述第一侧板；所述第二冲击孔用于将进入所述第二冷却侧腔的所述气流吸入所述第二夹缝，以冲击冷却所述第二侧板；

所述第一夹缝与所述第二夹缝用于分别排出冲击冷却所述第一侧板和所述第二侧板后的所述气流。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一冲击孔与所述第二冲击孔的布置方式包括菱形叉排布置。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一冲击孔与所述第二冲击孔的孔径为0.8mm。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一夹缝与所述第二夹缝的宽度为2至3mm。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述内壳体和所述外壳体上开设有气膜孔，所述气膜孔用于被所述引气环腔中的气流通过，从而使所述内壳体和所述外壳体被冷却。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一盖板和所述第二盖板均为金属盖板。

所述的单扇区燃烧室试验装置，其进一步的特点是，所述第一盖板的覆盖所述第一侧板的一侧具有第一凹槽结构，所述第一凹槽结构用于形成所述第一夹缝；所述第二盖板的覆盖所述第二侧板的一侧具有第二凹槽结构，所述第二凹槽结构用于形成所述第二夹缝。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的单扇区燃烧室试验装置，包括机匣、燃烧室头部、帽罩、扩压器和火焰筒，所述火焰筒包括内壳体、外壳体、第一侧板组件和第二侧板组件。所述内壳体和所述外壳体为圆弧板状且共中心轴线设置；所述第一侧板组件和所述第二侧板组件均沿所述内壳体和所述外壳体的径向设置，并且围成了所述火焰筒的扇形燃烧区；所述扇形燃烧区用于进行所述火焰筒的燃烧过程。

扇形燃烧区等效于完整的环形火焰筒的环形燃烧区的一部分，因此本发明提供的单扇区燃烧室试验装置更加接近真实的燃烧室部件，既可以用来验证燃烧室头部的性能，还能验证燃烧室扩压器的性能，火焰筒冷却设计的可靠性，流道的合理性等，提高了试验效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明中单扇区燃烧室试验装置的剖视图；

图2为本发明中火焰筒结构的示意图，显示了气流流向，其视角为沿图1中A-A线的方向；

图3为本发明中第一侧板组件或第二侧板组件的示意图，其视角为从图2的左侧观察到的立体图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，图1至图3均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图1、2所示，单扇区燃烧室试验装置包括机匣1、燃烧室头部4、帽罩11、扩压器2和火焰筒5，火焰筒5固定设置在机匣1内部；扩压器2可以是突扩扩压器，用于将气流引入机匣1并进行扩压；燃烧室头部4包括主燃级旋流器，主燃级旋流器能够引入被扩压后的气流，并将气流导入火焰筒5。

火焰筒5包括内壳体5a、外壳体5b、第一侧板组件3和第二侧板组件6。参考图2，内壳体5a和外壳体5b为圆弧板状且共中心轴线设置。内壳体5a和外壳体5b等效于从环形火焰筒上沿径向切下来的两个圆弧段，其作用就是用来模拟环形火焰筒。

第一侧板组件3和第二侧板组件6均沿内壳体5a和外壳体5b的径向设置；以内壳体5a的周向为参照，第一侧板组件3和第二侧板组件6分别位于内壳体5a的两端，并与内壳体5a的两端分别密封连接；以外壳体5b的周向为参照，第一侧板组件3和第二侧板组件6也分别位于外壳体5b的两端，并与外壳体5b的两端分别密封连接，从而围成火焰筒5的扇形燃烧区500。

燃烧室100还提供环绕扇形燃烧区500的环腔；其中，气流经过扩压器2，被扩压后进入燃烧室100，一部分气流通过帽罩11、燃烧室头部4进入扇形燃烧区500；另一部分气流进入环腔，又分为两股，一股用于冷却火焰筒5，另一股用于冷却第一侧板组件3和第二侧板组件6。

扇形燃烧区500用于进行火焰筒5的燃烧过程。单扇区燃烧室试验装置还包括图面未示出的喷嘴油杆、喷嘴头等结构，喷嘴油杆和喷嘴头用于将燃油喷到火焰筒5的扇形燃烧区500，并与上述气流掺混，然后被点燃，进行燃烧过程。

由于扇形燃烧区500等效于完整的环形火焰筒的环形燃烧区的一部分，因此上述实施例提供的单扇区燃烧室试验装置更加接近真实的环形燃烧室的部件。与单头部圆筒燃烧室相比，单扇区燃烧室试验装置包含了全环燃烧室的绝大部分结构，除了验证燃烧室头部4的性能，还能用于研究和验证扩压器2与燃烧室头部4匹配之后燃烧室的性能，如火焰筒5的冷却设计的可靠性，流道的合理性等，提高了试验效率。

为了对第一侧板组件3和第二侧板组件6进行冷却，环腔包括位于内壳体5a和/或外壳体5b外侧的引气环腔7、位于第一侧板组件3外侧的第一冷却侧腔8、位于第二侧板组件6外侧的第二冷却侧腔9；第一冷却侧腔8和第二冷却侧腔9分别与引气环腔7连通；

引气环腔7引入被扩压后的气流，并将气流导入第一冷却侧腔8和第二冷却侧腔9，以分别对第一侧板组件3和第二侧板组件6进行冷却。

继续参考图2，引气环腔7包括相互隔开的内环腔7a和外环腔7b。内环腔7a由内壳体5a与机匣1限定。外环腔7b由外壳体5b与机匣1限定。在一个实施例中，内环腔7a和外环腔7b中的任意一个与第一冷却侧腔8和第二冷却侧腔9分别连通。在另一个实施例中，内环腔7a和外环腔7b均与第一冷却侧腔8和/或第二冷却侧腔9连通。

内壳体5a和外壳体5b上分别开设有气膜孔5a-1、气膜孔5b-1，气膜孔5a-1、气膜孔5b-1用于分别被内环腔7a和外环腔7b中的气流通过，从而使内壳体5a和外壳体5b被冷却。

引气环腔7的存在可以使单扇区燃烧室试验装置更加接近真实的环形燃烧室的部件，这是因为真实的环形燃烧室中，均存在引气环腔，来导引冷气，用来冷却下游的涡轮一级导叶。

由于燃烧室试验装置的下游并不会设计涡轮一级导叶，因此引气环腔中的冷气会被白白放掉。本发明的上述实施例提供了一种利用该冷气的方式，即用来对第一侧板组件3和第二侧板组件6进行冷却。

在一个实施例中，引气环腔7由第一侧板组件3和第二侧板组件6围成。具体地，第一侧板组件3和第二侧板组件6沿径向延伸至与机匣1的内壁密封连接，以在第一侧板组件3和第二侧板组件6相对的一侧形成引气环腔7，并在第一侧板组件3的另一侧形成第一冷却侧腔8,以及在第二侧板组件6的另一侧形成第二冷却侧腔9；第一侧板组件3上开设有第一气流通道，第一气流通道连通引气环腔7和第一冷却侧腔8；第二侧板组件6上开设有第二气流通道，第二气流通道连通引气环腔7和第二冷却侧腔9。在该实施例中，第一气流通道和第二气流通道可以分别开设在第一侧板组件3和第二侧板组件6的沿引气环腔7内气体流动方向的末端，以减小对扩压器2的影响。

为了提高对第一侧板组件3和第二侧板组件6进行冷却的冷却效果，参考图2、3，第一侧板组件3包括第一侧板30和第一盖板31，第二侧板组件6包括第二侧板60和第二盖板61；第一侧板30的一侧分别与内壳体5a和外壳体5b密封连接，第二侧板60的一侧分别与内壳体5a和外壳体5b密封连接，从而围成火焰筒5的扇形燃烧区500；第一侧板30的另一侧覆盖有第一盖板31，并与第一盖板31之间形成第一夹缝3a；第二侧板60的另一侧覆盖有第二盖板61，并与第二盖板61之间形成第二夹缝6a；第一盖板31上开设有第一冲击孔31a，第一冲击孔31a与第一夹缝3a连通；第二盖板61上开设有第二冲击孔61a，第二冲击孔61a与第二夹缝6a连通；第一冲击孔31a用于将进入第一冷却侧腔8的气流吸入第一夹缝3a，以冲击冷却第一侧板30；第二冲击孔61a用于将进入第二冷却侧腔9的气流吸入第二夹缝6a，以冲击冷却第二侧板60；第一夹缝3a与第二夹缝6a分别延伸以形成用于分别排出冲击冷却第一侧板和第二侧板后的气流的排气口。在图3中，由于第一侧板组件3和第二侧板组件6结构相同，故将二者用一幅图表示。

在一个实施例中，第一冲击孔31a与第二冲击孔61a的布置方式包括菱形叉排布置。第一冲击孔31a与第二冲击孔61a的孔径为0.8mm。第一夹缝3a与第二夹缝6a的宽度为2至3mm。第一盖板31和第二盖板61均为金属盖板，第一侧板30和第二侧板60可以是CMC陶瓷侧板或者合金侧板。第一侧板30和第二侧板60可以通过螺栓10分别同第一盖板31和第二盖板61连接。

继续参考图2，在一个实施例中，第一盖板31的覆盖第一侧板30的一侧具有第一凹槽结构31b，第一凹槽结构31b用于形成第一夹缝3a；第二盖板61的覆盖第二侧板60的一侧具有第二凹槽结构61b，第二凹槽结构61b用于形成第二夹缝6a。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，包括限定出燃烧室(100)的机匣(1)、燃烧室头部(4)、帽罩(11)、扩压器(2)和火焰筒(5)，所述火焰筒(5)固定设置在所述机匣(1)内部；

其特征在于，所述火焰筒(5)包括内壳体(5a)、外壳体(5b)、第一侧板组件(3)和第二侧板组件(6)；所述内壳体(5a)和所述外壳体(5b)为圆弧板状且共中心轴线设置；所述第一侧板组件(3)和所述第二侧板组件(6)均沿所述内壳体(5a)和所述外壳体(5b)的径向设置；

以所述内壳体(5a)的周向为参照，所述第一侧板组件(3)和所述第二侧板组件(6)分别位于所述内壳体(5a)的两端，并与所述内壳体(5a)的两端分别密封连接；以所述外壳体(5b)的周向为参照，所述第一侧板组件(3)和所述第二侧板组件(6)也分别位于所述外壳体(5b)的两端，并与所述外壳体(5b)的两端分别密封连接，从而围成所述火焰筒(5)的扇形燃烧区(500)；

所述燃烧室(100)还提供环绕所述扇形燃烧区(500)的环腔，所述环腔包括位于所述内壳体(5a)和/或所述外壳体(5b)外侧的引气环腔(7)，还包括位于所述第一侧板组件(3)外侧的第一冷却侧腔(8)，所述第一冷却侧腔(8)与所述引气环腔(7)连通；

其中，气流经过所述扩压器(2)，被扩压后进入所述燃烧室(100)，一部分气流通过所述帽罩(11)、所述燃烧室头部(4)进入所述扇形燃烧区(500)；所述引气环腔(7)引入被扩压后的另一部分气流，并将所述另一部分气流导入所述第一冷却侧腔(8)；

所述第一侧板组件(3)包括第一侧板(30)和第一盖板(31)，所述第一侧板(30)的一侧分别与所述内壳体(5a)和所述外壳体(5b)密封连接，所述第一侧板(30)的另一侧覆盖有所述第一盖板(31)，并与所述第一盖板(31)之间形成第一夹缝(3a)；

所述第一盖板(31)上开设有第一冲击孔(31a)，所述第一冲击孔(31a)与所述第一夹缝(3a)连通，所述第一冲击孔(31a)用于将进入所述第一冷却侧腔(8)的所述气流吸入所述第一夹缝(3a)，以冲击冷却所述第一侧板(30)，所述第一夹缝(3a)延伸，以形成用于排出冲击冷却所述第一侧板(30)后的所述气流的排气口。

2.如权利要求1所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述环腔还包括位于所述第二侧板组件(6)外侧的第二冷却侧腔(9)，所述第二冷却侧腔(9)与所述引气环腔(7)连通；

所述引气环腔(7)引入被扩压后的所述气流，并将所述气流导入所述第二冷却侧腔(9)，以对所述第二侧板组件(6)进行冷却。

3.如权利要求2所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一侧板组件(3)和所述第二侧板组件(6)沿径向延伸至与所述机匣(1)的内壁密封连接，以在所述第一侧板组件(3)和所述第二侧板组件(6)相对的一侧形成所述引气环腔(7)，并在所述第一侧板组件(3)的另一侧形成所述第一冷却侧腔(8),以及在所述第二侧板组件(6)的另一侧形成所述第二冷却侧腔(9)；

所述第一侧板组件(3)上开设有第一气流通道，所述第一气流通道连通所述引气环腔(7)和所述第一冷却侧腔(8)；所述第二侧板组件(6)上开设有第二气流通道，所述第二气流通道连通所述引气环腔(7)和所述第二冷却侧腔(9)。

4.如权利要求2所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第二侧板组件(6)包括第二侧板(60)和第二盖板(61)；

所述第二侧板(60)的一侧分别与所述内壳体(5a)和所述外壳体(5b)密封连接，从而与所述第一侧板(30)一起围成所述火焰筒(5)的所述扇形燃烧区(500)；所述第二侧板(60)的另一侧覆盖有所述第二盖板(61)，并与所述第二盖板(61)之间形成第二夹缝(6a)；

所述第二盖板(61)上开设有第二冲击孔(61a)，所述第二冲击孔(61a)与所述第二夹缝(6a)连通；

所述第二冲击孔(61a)用于将进入所述第二冷却侧腔(9)的所述气流吸入所述第二夹缝(6a)，以冲击冷却所述第二侧板(60)；

所述第二夹缝(6a)延伸，以形成用于分别排出冲击冷却所述第二侧板(60)后的所述气流的排气口。

5.如权利要求4所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一冲击孔(31a)与所述第二冲击孔(61a)的布置方式包括菱形叉排布置。

6.如权利要求4所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一冲击孔(31a)与所述第二冲击孔(61a)的孔径为0.8mm。

7.如权利要求4所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一夹缝(3a)与所述第二夹缝(6a)的宽度为2至3mm。

8.如权利要求2所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述内壳体(5a)和所述外壳体(5b)上开设有气膜孔，所述气膜孔用于被所述引气环腔(7)中的气流通过，从而使所述内壳体(5a)和所述外壳体(5b)被冷却。

9.如权利要求4所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一盖板(31)和所述第二盖板(61)均为金属盖板。

10.如权利要求4所述的单扇区燃烧室试验装置，其特征在于，所述第一盖板(31)的覆盖所述第一侧板(30)的一侧具有第一凹槽结构(31b)，所述第一凹槽结构(31b)用于形成所述第一夹缝(3a)；所述第二盖板(61)的覆盖所述第二侧板(60)的一侧具有第二凹槽结构(61b)，所述第二凹槽结构(61b)用于形成所述第二夹缝(6a)。

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