[發明專利]一種冷卻孔、發動機燃燒室及冷卻孔加工方法

有效

• 申請號: 201710846287.3
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN109519969B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 沈涵;羅昌金
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F23R3/06
• 分類號: F23R3/06
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本發明的目的是提供一種冷卻孔、發動機燃燒室及冷卻孔加工方法。本發明提供的冷卻孔，包括位于內壁面和外壁面之間的進口段、擴張轉接段、擴張段和類圓柱段，其中類圓柱段擴大了發散壁上冷卻通道的出口面積，從而提高了冷卻孔的冷卻效果。此外，擴張轉接段、擴張段和類圓柱段由圓形截面在進口段的中心線方向(即孔軸方向)平移形成，使得冷卻孔被激光加工時，激光的入射角度可以保持不變，從而能夠顯著提高激光加工的加工效率。本發明提供的發動機燃燒室，包括上述冷卻孔，從而具有加工過程簡單、加工效率高并且冷卻效果好的優點。本發明提供的冷卻孔加工方法，在加工復雜結構的冷卻孔的過程中，激光的入射角度可以保持不變。

技術領域

本發明涉及航空發動機領域，具體涉及一種冷卻孔、發動機燃燒室及冷卻孔加工方法。

背景技術

航空發動機燃燒室為整個發動機中工作溫度最高、壓力最大的部件，其工作溫度高達2000K甚至更高，對于現役高溫合金材料來說，無法在該惡劣條件下長時間工作，因此必須通過冷卻手段對燃燒室火焰筒進行冷卻，以防止高溫燃氣破壞金屬材料，同時提高燃燒室的可靠性及壽命。目前航空發動機燃燒室火焰筒的基本冷卻方式有以下幾種：發汗冷卻、層板、瓦塊結構、沖擊/氣膜冷卻、沖擊/發散冷卻、發散冷卻及氣膜/發散冷卻等?，F代新型航空發動機對于排放及效率提出了更加苛刻的要求，這就需要用最少的空氣量來冷卻溫度更高的火焰筒使其可靠性和耐久性達到技術性能指標，同時又要兼顧形式簡單，加工方便以提高經濟性。

圖1A示出了常規的沖擊/發散冷卻的過程。常規的沖擊發散冷卻結構中，火焰筒的壁面結構200包括沖擊壁100和發散壁101，沖擊壁100上開設有沖擊孔100a，發散壁上開設有冷卻孔101a。沖擊孔100a為圓柱孔，冷卻孔101a為斜圓柱孔。冷氣流動的一側為火焰筒的壁面結構200的外側，熱氣流動的一側為火焰筒的壁面結構200的內側。冷卻孔101a貫通發散壁101，壁面結構200外側的冷氣從沖擊孔100a穿過沖擊壁100，再從冷卻孔101a穿過發散壁101，到達壁面結構200外側的內側，實現對內側的冷卻降溫過程。

由于冷卻孔101a的出口面積較小，所以在氣膜冷卻流場中容易形成腎形渦對，從而導致高溫氣流從兩側卷入冷氣射流底部，使得冷氣與發散壁101的內壁面發生吹離，大大降低了冷卻效果。為解決這個問題，現有技術中采用擴孔的形式來增大冷卻孔101a的出口截面積來降低射流的動量，從而達到削弱腎形渦對的目的，但是該擴孔的形式仍然屬于一種被動優化流場結構的形式，并未做到主動產生有利于冷卻的流場結構。

近些年來，在冷卻孔結構研究領域出現了多種主動優化冷卻流場結構的冷卻孔型，如雙射流孔，三腳架孔等等，這些孔型都是利用兩個或多個圓柱孔組合而成的孔型，對加工制造提出了巨大的挑戰。由于火焰筒本身存在一定的傾角，對于這種采用多個圓柱孔復合而成的孔型來說，造成了壁面加工空間不足或激光加工光路干涉等問題，從而對冷卻孔傾角造成了極大的限制。

本領域需要一種加工過程簡單、加工效率高的燃燒室火焰筒的冷卻孔、發動機燃燒室及冷卻孔加工方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種冷卻孔，所述冷卻孔具有加工過程簡單、加工效率高并且冷卻效果好的優點。

本發明的目的還在于提供一種發動機燃燒室，所述發動機燃燒室的火焰筒的發散壁包括上述冷卻孔，從而具有加工過程簡單、加工效率高并且冷卻效果好的優點。

本發明的目的還在于提供一種冷卻孔加工方法，用于加工上述冷卻孔，具有加工過程簡單、加工效率高的優點。

為實現所述目的冷卻孔，用于貫穿火焰筒的壁面結構的發散壁，以形成冷氣通道；所述發散壁包括內壁面和外壁面，其特征在于，所述冷卻孔包括位于所述內壁面和所述外壁面之間的進口段、擴張轉接段、擴張段和類圓柱段；