[發明專利]一種新型航天發動機用多斜孔板橢球擺冷卻結構

有效

• 申請號: 202110717966.7
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113251441B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張勃;楊勝;林子強;張駿;王豐;吉洪湖
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42;F02C7/12
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 張明浩

本發明公開了一種新型航天發動機用多斜孔板橢球擺冷卻結構，冷卻斜孔連接有引氣通道，引氣通道延伸至燃燒室火焰筒內側，并與一球軸連通，橢球體位于燃燒室火焰筒壁內側前后相鄰的冷卻斜孔之間，橢球體長軸為前后走向，橢球體設置有內腔，球軸位于橢球體內腔中，橢球體上開設有連通橢球體外表面與內腔的排氣通道，球軸上開設有孔，橢球體能繞球軸轉動，球軸通過一彈簧與橢球體連接。本發明在冷卻氣體量不多的情況下可以保證冷氣向下游正常的輸送并加強冷卻效果，冷卻氣體量較多時，能避免吹風冷氣風速比較高時因射流脫壁，下游無法穩定氣膜覆蓋的問題。

技術領域

本發明涉及發動機的技術領域，尤其涉及一種新型航天發動機用多斜孔板橢球擺冷卻結構。

背景技術

在航空燃氣渦輪發動機和燃氣輪機的發展過程中，為提高其循環效率，壓氣機的增壓比和渦輪進口燃氣溫度不斷被提高。目前，推重比為10的發動機壓氣機增壓比已達到30，渦輪進口燃氣溫度接進2000K，超過航空材料的耐溫極限，對燃燒室火焰筒壁及渦輪葉片的冷卻提出了更高的要求，因此發展高效冷卻技術成為航空領域的研究熱點問題之一。氣膜冷卻是燃氣渦輪發動機高溫部件的主要冷卻措施，其主要原理是通過縫隙或孔以一定角度引入一股溫度較低的二次流體，將高溫主流與壁面隔離開來，借以對緊接噴吹處下游表面進行保護的一種冷卻方法。相較于內部冷卻（如射流沖擊、肋壁通道、擾流柱等），氣膜射流冷卻能力的提高對冷卻結構總體冷卻效果的提升意義更為明顯。

而在氣膜冷卻中多斜孔冷卻是一種較為常見的冷卻技術。其主要建立在平板模型的基礎上，傳統的圓孔氣膜射流在孔下游會形成腎型渦對，加劇冷氣與熱氣摻混，引起冷卻性能的降低。并且當吹風比較高時因射流脫壁，下游無法穩定氣膜覆蓋，另外在周向也很難達到均勻冷卻效果。并且難以控制冷氣進氣量，容易造成進氣比過大冷氣浪費而進氣比過小冷卻效果不好等結果。

發明內容

本發明的目的是為了解決背景技術中提及的問題，提供一種新型航天發動機用多斜孔板橢球擺冷卻結構。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種新型航天發動機用多斜孔板橢球擺冷卻結構，包括均布設置在燃燒室火焰筒壁上的冷卻斜孔，冷卻氣體能通過冷卻斜孔進入燃燒室火焰筒內并在燃燒室火焰筒內壁上形成氣膜，高溫氣體和冷卻氣體均在燃燒室火焰筒內從前向后流動，其中：冷卻斜孔連接有引氣通道，引氣通道延伸至燃燒室火焰筒內側，并與一球軸連通，橢球體位于燃燒室火焰筒壁內側前后相鄰的冷卻斜孔之間，橢球體長軸為前后走向，橢球體設置有內腔，球軸位于橢球體內腔中，橢球體上開設有連通橢球體外表面與內腔的排氣通道，球軸上開設有孔，橢球體能繞球軸轉動，球軸通過一彈簧與橢球體連接，冷卻斜孔內的氣體能經引氣通道進入球軸，并經球軸進入橢球體內腔，再經排氣通道排出，提供驅動力，該驅動力驅動橢球體繞球軸轉動，使橢球體迎風面積改變，同時，彈簧彈性變形，獲得牽拉橢球體歸位的勢能。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的球軸上固定連接有一連接桿，連接桿與彈簧的一端連接，彈簧的另一端與橢球體固定連接。

上述的橢球體的內腔中設置有一扇形的限位槽，連接桿和彈簧均位于限位槽中，橢球體繞球軸轉動時，連接桿和彈簧在限位槽中相應的移動，限位槽的兩端能阻擋連接桿和彈簧，從而限制橢球體繞球軸的旋轉角度。

上述的限位槽的扇形角度為90°。

上述的球軸上開設的孔有若干個，這些孔均布在球軸上，使得經球軸進入橢球體內腔的氣體均勻沖擊橢球體內腔壁。

上述的引氣通道的寬度為冷卻斜孔寬度的二十分之一，引氣通道連接在冷卻斜孔中部。

上述的球軸的直徑為引氣通道寬度的三倍。

本發明的新型多斜孔板橢球擺冷卻結構，具有以下優點：