一种降低机匣壁面周向温度不均匀性的引气结构的制作方法

1.本技术属于航空发动机技术领域，特别涉及一种降低机匣壁面周向温度不均匀性的引气结构。


背景技术：

2.机匣作为航空发动机承力系统的重要构件，有的机匣还直接或间接地构成了燃气通道的壁面，机匣受力、受热产生的变形直接影响发动机工作的可靠性。在机匣引气流路中，合理的选取及设计引气位置与结构能够保证热端部件冷却在全包线范围内满足设计要求。
3.常规的发动机(或试验件)的机匣引气结构主要为将主流道气流(或台架气流)通过引气管路输送至所需位置以实现空气系统功能，受空间结构及引气要求限制，引气管一般与机匣垂直装配，且引气管数量较少，正对引气管的壁面位置温度较低，两引气管中间的壁面位置难以被冷却到，温度会很高。这种引气结构虽能降低机匣壁温，但容易使机匣壁面周向温度不均匀，导致机匣热变形不协调进而影响其工作可靠性。
4.因此在结构条件约束下，如何确保机匣壁面周向温度均匀，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供了一种降低机匣壁面周向温度不均匀性的引气结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
6.本技术的技术方案是：一种降低机匣壁面周向温度不均匀性的引气结构，所述引气结构包括：内层机匣、外层机匣、机匣后挡板、引气管及导流铲，其中：
7.所述内层机匣、外层机匣和机匣后挡板均呈环形，且内层机匣、外层机匣和机匣后挡板共同合围形成带有冷却腔的双层机匣结构；
8.所述外层机匣上设置若干个间隔布置的进气孔和排气孔，所述引气管安装在所述引气孔对应位置的外层机匣外侧；以及
9.安装在所述引气孔对应位置的外层机匣内侧的导流铲，所述导流铲具有用于与外层机匣相配合的装配面，在所述装配面上形成有一开口，以及在装配面上沿着开口的边缘向内层机匣一侧延伸有侧向导流面和底部导流面，其中，所述底部导流面与装配面之间具有预定角度；
10.自导流管流入的冷却气体顺着进气孔及导流铲在双层机匣结构的冷却腔在周向上沿着同一个方向斜向流动而自排气孔流出。
11.进一步的，所述导流铲的装配面为弧形，其弧度适配于外外层机匣的内表面弧度。
12.进一步的，所述开口的一侧为圆弧、另一侧为与该圆弧相切且距离逐渐扩大的直线构成开放式结构。
13.进一步的，所述导流铲的侧向导流面与导流铲侧边缘具有锐角夹角。
14.进一步的，所述导流铲的底部导流面与外层机匣之间距离自开口的圆弧一侧向另
一侧逐渐增大。
15.进一步的，所述导流铲的装配面上设有多个螺纹结构的安装孔，所述导流铲通过连接件与外层机匣相连接。
16.进一步的，所述安装孔包括三个，其一的安装孔位于导流铲的中心线上，另外两个安装孔的连线垂直于中心线。
17.进一步的，多个所述导流铲在外层机匣内侧的周向设置方向相同。
18.本技术中通过在内外层机匣的引气接口处设置导流结构，以改变进入双层机匣内冷气的流路方向，让原本的垂直射流变为斜向流动，削弱入口冲击，从而降低喷管机匣内层结构周向温度不均匀性，在不改变原发动机或试验件结构的基础上，新增导流结构即可降低机匣壁面周向温度不均性，结构改动小、加工方便、易于装配，可应用于多种型号发动机或试验件的双层机匣结构中。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
20.图1为本技术的引气结构组成示意图。
21.图2为本技术中的导流铲示意图。
22.图3为本技术中的导流铲俯视图。
23.图4为基于图3中的导流铲剖视图。
24.图5为本技术中的引气结构装配关系示意图。
25.图6为本技术中的引气结构与机匣装配的连接件分布示意图。
26.图7为本技术中的引气结构与机匣装配过程示意图。
27.图8为无导流铲的机匣结构冷却气流动方向示意图。
28.图9为有导流铲的机匣结构冷却气流动方向示意图。
29.图10为无导流铲的机匣壁温仿真结果图。
30.图11为有导流结构的机匣壁温仿真结果图。
31.图12为机匣壁温对比示意图。
32.附图标记
33.1-内层机匣
34.2-外层机匣
35.3-机匣后挡板
36.4-引气管
37.5-导流铲
38.51-装配面
39.52-安装孔
40.53-侧部导流面
41.54-底部导流面
42.55-开口
43.551-中心线
44.56-导流面末端
45.6-螺钉
46.7-螺桩
47.8-螺母
具体实施方式
48.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
49.如图1所示为本技术提供的能够降低机匣壁面周向温度不均匀性的引气结构示意图，该引气结构主要包括：内层机匣1、外层机匣2及机匣后挡板3、引气管4及导流铲5，其中，内层机匣1、外层机匣2和机匣后挡板3均呈环形，且三者共同合围形成带有冷却腔11的双层机匣结构。内层机匣1与发动机燃气直接接触，需要进行有效冷却。双层机匣结构采取引气冷却方式，通过在外层机匣2上设置若干个间隔布置的进气孔和排气孔，引气管4安装在该引气孔位置的外层机匣2上，用于将外部冷却气体通过引气管4引入至冷却腔11，从而对内层机匣1进行冷却。在外层机匣2的进气孔内侧设置导流铲5，通过导流铲5来改善冷却腔11内气流的均匀性，从而减小内层机匣1的壁面高低温差。
50.如图2所示，导流铲5大体上呈簸箕状，其上部具有用于与外层机匣2相配合的装配面51。优选的，该装配面51为弧形面，其弧度与外层机匣2的内侧弧度相同。
51.在装配面51上形成有一开口55，该开口55一端为圆弧状、另一端为与该圆弧相切且逐渐扩大的开放构型。在装配面51的开口55边缘设置多个安装孔52，通过连接件与该安装孔52可将导流铲5与外层机匣2进行连接。
52.沿着开口55的内侧边缘向里(内层机匣一侧)延伸有侧向导流面53和底部导流面54，侧向导流面53的高度自开口55的圆弧端向开放端逐渐增高或增大，使得底部导流面54与装配面51的距离自开口55的圆弧端向开放端逐渐增大。优选的，侧向导流面53共有两个且相互之间为非平行状态，两侧向导流面53均与装配面51呈垂直状，在导流铲5的导流面末端56形成一大致矩形的排气口，从而实现开口55的进气端至排气端呈扩张状态。
53.如图3和图4为导流铲5典型尺寸示意图，导流铲5的开口55具有一条中心线551，导流铲5的中心线551与机匣轴向两侧壁面距离分别为l1和l2，导流铲5的侧向导流面53与其两侧边缘的夹角分别为α1、α2(即导流铲5的轴向扩张角度)，导流铲5的装配面51与底部导流面54之间的角度为β，装配面51中开口55圆弧部分的直径为d，底部导流面54末端的气流出口位置的径向高度h(即底部导流面54末端与外层机匣2之间的距离，且该距离自左至右逐渐增大)，底部导流面54与装配面51和/或侧向导流面53之间具有倒角r。需要说明的是，以上典型尺寸不是固定值，视具体机匣可灵活调整。
54.如图5所示为导流铲5的装配结构示意图，导流铲5位于外层机匣2与内层机匣1之间，在外层机匣2匹配于安装孔52的位置设置光滑的通孔，螺桩7两端为螺纹结构、中间部分为匹配于光滑通孔的无螺纹段，导流铲5的安装孔52内为螺纹结构，通过螺桩7下端与安装孔52配合、中部穿过外层机匣2和引导管4、上端与螺母8配合，实现三者的配个安装。
55.如图6所示为导流铲5的装配结构俯视图，导流铲5的安装孔52为三个，引气管4的安装边周向设置八个孔，引气管4通过五个螺钉6与外层机匣2相连接，通过三个螺桩7及相
应位置的螺母8将导流铲5、外层机匣2和引气管4连接，其位置分布如图7所示，一安装孔52位于中心线551上，另外两个安装孔52的连线垂直于中心线551。
56.在发动机或试验件中，将导流铲5的装配面与外层机匣2上的引气孔所在面装配即可，自引气管流入的气流经导流铲5后，由原本垂直射流变为斜向流动，削弱了入口冲击，斜向流动在机匣壁面覆盖区域更大，增加了冷却区域，能有效降低机匣壁面高低温差，减弱壁面周向温度不均匀性。
57.如图8和图9所示分别为某试验件机匣周向共3个进气孔、3个排气孔的无导流铲和有导流铲的引气结构，进气孔与出气口间隔布置，其中，在图9所示具有导流铲5的引气结构中，导流铲5设置在每个进气孔处，且导流铲5的导流方向相同，使得机匣内部冷却气的流动方向顺时针旋转。
58.如图10和图11所示分别为上述无导流铲和有导流铲的引气结构中机匣内层壁面温度结果，无导流铲下的引气结构中气流相当于垂直冲击，流动方向为“进口分流，出口汇流”形式，机匣内层壁面在进口位置出现低温区，出口位置出现高温区，周向温差较大；而有导流铲的引气结构中气流相当于斜向冲击，气流沿着同一个方向周向自由发展，斜向运动冲击间距长，形成壁面运动的位置较远，机匣内层壁面温度较为均匀。
59.如图12所示为无导流铲和有导流铲的引气结构中机匣壁温分布曲线，相比于无导流铲的引气结构，有导流铲的引气结构下机匣壁温高低温差(即峰值与峰谷的高度差)可减小50％，本技术中提供的引气结构可有效降低机匣壁面周向温度不均匀性。
60.本技术中通过在内外层机匣的引气接口处设置导流结构，以改变进入双层机匣内冷气的流路方向，让原本的垂直射流变为斜向流动，削弱入口冲击，从而降低喷管机匣内层结构周向温度不均匀性，在不改变原发动机或试验件结构的基础上，新增导流结构即可降低机匣壁面周向温度不均性，结构改动小、加工方便、易于装配，可应用于多种型号发动机或试验件的双层机匣结构中。
61.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。