CN114543120A - 一种基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，包括燃烧室机闸、固定销和火焰筒，所述固定销一端固设于所述燃烧室机闸上，所述固定销另一端设有卡扣，所述火焰筒边缘设有与所述卡扣适配的凹槽，所述固定销通过所述卡扣卡设于所述凹槽内与所述火焰筒连接。本发明基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构能够有效避免由于线膨胀系数的不同会存在冷热不匹配，从而导致陶瓷基复合材料结构过于复杂、难于成型及加工的问题，使得陶瓷基火焰筒的结构设计简单，易于加工，降低了陶瓷基火焰筒的制造成型及加工工艺难度。

Description

一种基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，特别涉及一种基于陶瓷基复合材料的火 焰筒固定结构。

背景技术

随着航空发动机技术日益革新，航空发动机的功重比及燃烧室的温升逐步 提高，对燃烧室热端部件的耐温能力及重量等要求越来越严格，陶瓷基复合材 料因其具有耐高温、抗氧化及重量轻等诸多优点，近年来逐渐被应用于发动机 热端部件中，但由于陶瓷基复合材料与金属零件线膨胀系数的差异，导致传统 金属基部件之间的连接、固定及密封等结构并不能完全适用。因此其连接与固 定等为陶瓷基复合材料应用于发动机燃烧室等热端部件需要解决的技术问题之 一。

目前陶瓷基复合材料火焰筒的固定方式可分为两类，一类结构采用与传统 金属基火焰筒相同的固定方式，即在火焰筒上装设固定销钉座，通过固定销座 与固定销钉与燃烧室机匣之间的固定。例如现有技术的陶瓷基复合材料的连接 方法，将两个复合材料通过钻孔、铆接、修整后再沉积等工序实现两个陶瓷基 复合材料之间的连接。利用这种方法可以实现在陶瓷基火焰筒上安装与金属火 焰筒结构类似的固定销钉座，来实现火焰筒的与燃烧室机匣的固定。但在陶瓷 基火焰筒成型后需要额外的固定销钉座安装铆接工艺。另一类为将火焰筒与固 定销连接处仍然采用金属材料，火焰筒的非固定端采用陶瓷基复合材料。例如 现有技术的包含陶瓷基复合材料火焰筒的固定结构，其火焰筒头部仍为金属材料，陶瓷基火焰筒内、外壁通过与金属材料的火焰筒头部连接后在通过固定销 与燃烧室机匣相连，可以实现部分材料为陶瓷基复合材料的火焰筒与金属材料 燃烧室机匣的固定连接。

采用铆接安装固定销钉做的结构形式虽然可以实现与金属材料火焰筒类似 的结构，但是这使得陶瓷基火焰筒的成型及加工变得复杂、增加了工艺成本。 采用分段拼接的火焰筒虽然一定程度上解决了陶瓷基火焰筒的固定问题，但并 没有解决全部材料均为陶瓷基复合材料的火焰筒与燃烧室机匣之间的连接固定 问题。此外，常规的固定销与火焰筒固定销钉座的配合处为球面对柱面或柱面 对柱面结构，配合处接触方式为点接触或线接触，在工作过程中接触处受力较 大，外加陶瓷基火焰筒与金属固定销材料的硬度不同，使得金属材料的固定销 更加易于磨损。

因此，现有技术中无法解决陶瓷复合材料火焰筒与金属件在冷热状态下， 由于线膨胀系数的不同会存在冷热不匹配，从而导致陶瓷基复合材料结构过于 复杂、难于成型加工以及固定销易于磨损问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构， 能够有效避免由于线膨胀系数的不同会存在冷热不匹配，从而导致陶瓷基复合 材料结构过于复杂、难于成型及加工的问题，使得陶瓷基火焰筒的结构设计简 单，易于加工，降低了陶瓷基火焰筒的制造成型及加工工艺难度，同时也降低 了固定销与火焰筒配合处的磨损。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，包括燃烧室机闸、固定销和 火焰筒，所述固定销一端固设于所述燃烧室机闸上，所述固定销另一端设有卡 扣，所述火焰筒边缘设有与所述卡扣适配的凹槽，所述固定销通过所述卡扣卡 设于所述凹槽内与所述火焰筒连接。

优选地，所述卡扣包括平行设置的第一配合面和第二配合面，所述第一配 合面和第二配合面之间设有配合杆。

优选地，所述火焰筒边缘设有法兰边，所述凹槽设于所述法兰边上，所述 凹槽的宽度与所述配合杆的直径适配。

优选地，所述固定销包括上段销和下段销，所述上段销和下段销转动连接， 所述卡扣设于所述下段销上，所述上段销与所述燃烧室机闸连接。

优选地，所述上段销开设有旋转槽，所述下段销的上端位于所述旋转槽内。

优选地，所述燃烧室机闸上设有通孔，所述上段销插设于所述通孔内，所 述上段销的顶端设有限位块，所述限位块的直径大于所述通孔的直径。

优选地，所述法兰边沿所述火焰筒边缘周向均匀设置。

优选地，所述上段销与所述燃烧室机闸通过螺栓固定连接。

优选地，所述凹槽为U型槽。

优选地，所述燃烧室机闸为金属基或/和非金属基燃烧室机闸。

本发明技术方案具有以下有益效果：一方面本发明在不需要设置火焰筒固 定销钉座情况下便可实现陶瓷基火焰筒与金属基燃烧室机匣之间的固定，使其 在冷热态下径向可自由膨胀，轴向及周向准确定位。无需额外的火焰筒固定销 钉座，使得陶瓷基火焰筒的结构设计简单，易于加工，降低了陶瓷基火焰筒的 制造成型及加工工艺难度；另一方面本发明固定销与火焰筒的配合结构在轴向 上采用面配合，增大了陶瓷基复合材料火焰筒在固定处的受力面积，从而减小 配合处固定销的磨损，降低了由于固定销与火焰筒固定销钉座的配合接触处受 力及陶瓷基火焰筒与金属固定销由于材料硬度差异而导致的固定销易于磨损问 题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可 通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的陶瓷基火焰筒与燃烧室机匣的固定结构剖视图；

图2示出了本发明的固定销与火焰筒的配合结构示意图；

图3示出了本发明的固定销的结构示意图；

图4示出了本发明的固定销的结构剖视图；

图5示出了本发明的陶瓷基火焰筒周向定位结构示意图；

图中，1、燃烧室机匣；2、固定销；3、陶瓷基火焰筒；4、法兰边；5、U 型槽；6、第一配合面；7、第二配合面；8、配合杆；9、上段销；10、下段销。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中 的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种基于陶瓷基复合材料的陶瓷基火焰筒固定结构，如图1所示，包括燃 烧室机闸、固定销2和陶瓷基火焰筒3，所述固定销2一端固设于所述燃烧室 机闸上，固定销2另一端设有卡扣，所述陶瓷基火焰筒3边缘设有与所述卡扣 适配的U型槽5，所述固定销2通过卡扣卡设于U型槽5内与陶瓷基火焰筒3 连接，燃烧室机闸为金属基或/和非金属基燃烧室机闸，示例性地燃烧室机闸选 用金属基燃烧室机闸。

进一步地，如图3所示，所述卡扣包括平行设置的第一配合面6和第二配 合面7，所述第一配合面6和第二配合面7之间设有配合杆8，所述陶瓷基火焰 筒3边缘设有若干个法兰边4，示例性地，如图5所示，设置8个法兰边4，法 兰边4沿所述陶瓷基火焰筒3边缘周向均匀设置，所述U型槽5设于所述法兰 边4上，所述U型槽5的宽度与所述配合杆8的直径适配，由此通过配合杆8 卡设在卡槽内实现法兰边4与第一配合面6和第二配合面7的紧配合，如图2 所示。

图1所示为陶瓷基火焰筒3与燃烧室机匣1的固定处剖面图，陶瓷基火焰 筒3通过与与燃烧室机匣1连接的固定销2进行配合，实现陶瓷基火焰筒3的 轴向及周向定位。固定销2***陶瓷基火焰筒3法兰边4的U型槽5中，固定 销2的结构如图3所示，固定销2的第一配合面6和第二配合面7与陶瓷基火 焰筒3的法兰边4通过面配合实现陶瓷基火焰筒3的轴向定位；陶瓷基火焰筒 3的U型槽5与固定销2的配合杆8相配合来限制陶瓷基火焰筒3的周向位移， 再通过设置不同数量的固定销2(如4个、6个、8个等)来实现陶瓷基火焰筒 3的周向准确定位，陶瓷基火焰筒3周向定位结构如图5所示。如图2所示， 固定销2可以在陶瓷基火焰筒3的U型槽5中径向自由伸缩，使得在冷热态下， 陶瓷基火焰筒3与金属机匣径向均可自由膨胀。陶瓷陶瓷基火焰筒3与燃烧室 机匣1因受热径向均发生径向膨胀时，陶瓷基火焰筒3的轴向及周向均能实现 准确的定位。如图2及图3所示，固定销2与陶瓷基火焰筒3的轴向配合处为 面配合，这样增大了轴向受力面的接触面积，使得陶瓷基火焰筒3与固定销2 连接处可承受较大的轴向力，同时在同等受力条件下与传统球状及柱状的固定 销2结构的点接触及线接触相比，可减少固定销2的磨损，实现可以一举两得 的效果。

进一步地，如图4所示，所述固定销2包括上段销9和下段销10，所述上 段销9和下段销10转动连接，所述卡扣设于下段销10上，所述上段销9与所 述燃烧室机闸连接，所述上段销9开设有旋转槽，所述下段销10的上端位于所 述旋转槽内；所述燃烧室机闸上设有通孔，所述上段销9插设于所述通孔内， 所述上段销9的顶端设有限位块，所述限位块的直径大于所述通孔的直径，所 述上段销9与所述燃烧室机闸通过螺栓固定连接。

固定销2结构由固定销2上段销9与固定销2下段销10两部分构成，其中 固定销2下段销10可以在固定销2上段销9的旋转槽中自由转动。固定销2 上段销9与燃烧室机匣1通过螺栓连接固定，固定销2下段10与陶瓷基火焰筒 3配合。当陶瓷基火焰筒3法兰边4因使用过程中受力发生轻微偏斜时，固定 销2下段销10可以随着偏斜的陶瓷基火焰筒3法兰边4一起转动，而固定于燃 烧室机匣1上的固定销2上段销9则依然保持轴向及周向位置不变，这降低了 陶瓷基火焰筒3在使用过程中因受力发生变形而使得法兰边4发生断裂的风险。 本发明的基于陶瓷基复合材料的陶瓷基火焰筒固定结构定结构一方面可实现在 冷热状态下陶瓷基火焰筒3与金属基燃烧室机匣1之间在径向可自由膨胀，轴 向及周向准确定位，无需额外的陶瓷基火焰筒3固定销2钉座，使得陶瓷基火 焰筒3结构简单，降低加工工艺难度；另一方面本发明结构的固定销2与陶瓷 基火焰筒3的配合在轴向上采用面配合，增大了陶瓷基复合材料陶瓷基火焰筒 3在固定处的受力面积，从而减小配合处固定销2的磨损。

综上所述，采用本发明的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构无需额外 的固定销座，使得陶瓷基火焰筒的结构设计简单，易于加工，降低了陶瓷基火 焰筒的制造成型及加工工艺难度；火焰筒与固定销的固定处接触面为面接触， 同等受力条件下，与传统的结构相比连接处可承受较大的轴向力；火焰筒在轴 向受力较大处为面配合，与传统固定方式相比配合处单位面积受力小，减小了 火焰筒固定销的磨损；克服了由于陶瓷复合材料与金属件在冷热状态下由于线 膨胀系数的不同，会存在冷热不匹配，导致的陶瓷基复合材料结构过于复杂、 存在难于成型及加工，以及固定销易于磨损问题。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的 本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，包括燃烧室机闸、固定销和火焰筒，所述固定销一端固设于所述燃烧室机闸上，所述固定销另一端设有卡扣，所述火焰筒边缘设有与所述卡扣适配的凹槽，所述固定销通过所述卡扣卡设于所述凹槽内与所述火焰筒连接。

2.根据权利要求1所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述卡扣包括平行设置的第一配合面和第二配合面，所述第一配合面和第二配合面之间设有配合杆。

3.根据权利要求2所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述火焰筒边缘设有法兰边，所述凹槽设于所述法兰边上，所述凹槽的宽度与所述配合杆的直径适配。

4.根据权利要求2所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述固定销包括上段销和下段销，所述上段销和下段销转动连接，所述卡扣设于所述下段销上，所述上段销与所述燃烧室机闸连接。

5.根据权利要求4所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述上段销开设有旋转槽，所述下段销的上端位于所述旋转槽内。

6.根据权利要求4所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述燃烧室机闸上设有通孔，所述上段销插设于所述通孔内，所述上段销的顶端设有限位块，所述限位块的直径大于所述通孔的直径。

7.根据权利要求3所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述法兰边沿所述火焰筒边缘周向均匀设置。

8.根据权利要求5所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述上段销与所述燃烧室机闸通过螺栓固定连接。

9.根据权利要求1-8任一所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述凹槽为U型槽。

10.根据权利要求1所述的基于陶瓷基复合材料的火焰筒固定结构，其特征在于，所述燃烧室机闸为金属基或/和非金属基燃烧室机闸。

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