航空发动机燃烧室冷却结构的发展及浮动壁结构的关键技术.pdf

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1、第4卷第4期航空工程进展Vol·4No·42013年11月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGNov．2013文章编号：1674—8190(2013)04—407—07航空发动机燃烧室冷却结构的发展及浮动壁结构的关键技术商体松，赵明，涂冰怡(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：随着航空发动机燃烧室性能的提高，燃烧室火焰筒热防护问题显得越来越突出。燃烧室内采用浮动壁结构可以减小壁面热应力，改善火焰筒的受力状况。介绍了火焰筒冷却结构的发展历程，包括气膜冷却、多斜孔冷却和多孔层板冷却，并对它们的优缺点

2、进行了阐述；分析了浮动壁冷却结构的发展状况、技术特点和在浮动壁结构基础上采用冲击／发散气膜复合冷却结构的效率；阐述了浮动壁结构的关键技术(材料、制造工艺和冷却结构特征等)；展望了冷却结构和浮动壁火焰筒在未来航空发动机中的应用。关键词：航空发动机；燃烧室；火焰筒；浮动壁中图分类号：V231．1文献标识码：ADevelopmentofAero-engineCombustorCoolingStructureandtheKeyTechnologiesofFloating—wallShangTisong，ZhaoMing，TuBingyi(SchoolofPoweran

3、dEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：Withtheperformanceimprovementofaero—enginecombustor，itbecomesmoreandmoreimportanttocooltheflametubeofcombustor．Thecombustorwithfloating—wallcaneffectivelyreducethewallheatstressandimprovetheforcesituation．Thedeve

4、lopmentprocessofflametubecoolingstructurewhichincludingfilmcooling，multi—slant～holecoolingandlaminatescoolingareintroduced，andtheiradvantagesanddisadvantagesaredescribed．Then，theadvancedtechnicalcharactersoffloating—wallsuchasdevelopmentsituationandkeycomponentsareanalyzed．Thecoolin

5、gtypeofimpingement／effusionwhichbasedonfloating-wallstructurebeofhigherefficiency．Next，thekeytechnologieswhichincludematerials，manufacturingprocessesandcharacteris—ticsofthecoolingstructureoffloating—wallhavebeenelaborated．Finally，theapplicationofcoolingstructureandflametubefloating

6、—wallonfutureaero—engineisprospected．Keywords：aeroengine；combustor；flametube；floating—wall0引言燃烧室的基本功能是在十分恶劣的环境条件下组织高效燃烧，把燃油的化学能转变为热能，燃烧过程发生在燃烧室的功能单元——火焰筒内部。收稿日期：2013-0520；修回日期：2013一09—02通信作者：商体松，1244662323@qq．corn通常情况下，燃烧室内火焰温度很高，火焰筒壁面承受着高温引起的热引力、热腐蚀，为了防止过热、烧蚀和延长寿命，必须对火焰筒进行有效地冷却，以保证

7、燃烧室在较长的寿命期内安全可靠地工作‘川。随着航空发动机燃烧室进口压力、温度和出口温升逐步上升，以及高温燃气向火焰筒壁面的热辐射强度进一步增强，冷却空气的温度日趋增高及可用的冷气量愈来愈少，这使火焰筒壁温问题显得越来越突出。解决该问题的主要途径是通过提高火焰筒材料的许用工作温度、改进火焰筒壁面结构以提高空气冷却效率。而目前使用的高温合金材料的许用温度已很难提高，因此提高火焰筒性能的唯一可靠的方法，是改进火焰筒壁面结构，提高空气冷却效率心]。目前，国内外的燃烧室火焰筒已由纯气膜冷却发展为冲击、气膜、层板等多种冷却方式或多种冷却方式相结合的复合冷却方式，冷却结构也

8、由最初的单层壁发展到双层壁、浮动壁等。