一种燃油喷嘴空气隔热结构的制作方法

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种燃油喷嘴空气隔热结构。

背景技术：

燃油喷嘴是航空发动机燃烧室的核心部件，用于将燃油以一定的方式连续喷射进入燃烧室，使燃油与火焰筒头部的进气进行匹配，从而使燃油在火焰筒内不断燃烧释热，提高气流做功的能量。

随着航空发动机压气机压比的提高，燃烧室进口温度也越来越高，推重比8左右发动机的燃烧室进口温度达到500℃左右，推重比10左右发动机的燃烧室进口温度达到了550℃左右，而一般航空煤油在300℃开始析碳结焦，400℃以上开始大量结焦，如果不加以控制，则燃油管路管壁上就会逐渐沉积焦炭，可能导致喷嘴堵塞，目前燃油总管及喷嘴多采用在喷嘴壳体外部增加隔热套的方式来降低燃油的温度，从而避免燃油在管内结焦。但是随着燃烧室进口温度的不断提高，燃油总管及喷嘴采用隔热套的厚度将不得不逐渐增加，喷嘴壳体直径和喷嘴重量都会增加，喷嘴结构也更趋于复杂。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供了一种燃油喷嘴空气隔热结构，利用空气对燃油总管及喷嘴进行隔热，使燃油总管及喷嘴内的燃油在燃烧室进口温度很高的情况不发生结焦。

技术方案：

一种燃油喷嘴空气隔热结构，在燃油喷嘴的燃油流路与外圆周面之间设置有冷却空气流路，冷却空气流路的进气口的方向与外涵道气流流动方向相反，使外涵道气流能够自进气口流入冷却空气流路，冷却空气流路的出气口方向与外涵道气流流动方向相同。大幅加强喷嘴的隔热作用，确保燃油温度处于较低的水平，避免发生结焦。

优选的，冷却空气流路包围整个燃油流路。确保冷却空气对燃油的隔热与冷却效果。

优选的，冷却空气流路内设置有若干加强筋。增强燃油总管冷却空气流路的强度和刚度。

优选的，加强筋沿燃油喷嘴轴向延伸。使冷却空气流路中的空气流动更加顺畅，减小冷却空气流动的阻力，提高隔热与冷却效果。

优选的，加强筋的数量为2～10个。使冷却空气通道的强度和传热处于合理的范围。

优选的，当加强筋的数量为4时，加强筋在冷却空气流路内呈“十”字型分布。使冷却空气通道的强度和传热处于合理的范围。

优选的，出气口面积大于等于进气口面积。使冷却通道中进气速度与出气速度接近，提高隔热与冷却效果。

优选的，燃油喷嘴采用3d打印的方式制造。减少零件数量，提高强度和可靠性。

本发明的有益技术效果：能够更好的隔绝内涵高温气体将热量传向燃油总管及喷嘴内流动的燃油，从而更好的保证燃油总管及喷嘴中的燃油不发生结焦。本方案空气冷却结构大幅提高了燃油喷嘴的隔热效果，可以用于进口温度较高的航空发动机和燃气轮机。

附图说明

图1、图2为喷嘴空气冷却结构示意图。

图3为图2的d-d剖视图。

图4为图2的e-e剖视图。

图5为燃油喷嘴内空气冷却结构冷却空气流动示意图。

图6为图3的p-p剖面旋转视图。

图7为图3的n-n剖面旋转视图。

图8为图3的k-k剖面旋转视图。

图中，1-燃油喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

一种燃油喷嘴空气隔热结构，在燃油喷嘴的燃油流路与外圆周面之间设置有冷却空气流路，冷却空气流路包围整个燃油流路。使发动机外涵道部分冷却空气能够流经燃油喷嘴外表面，对燃油喷嘴起到冷却和隔热的作用，由于燃油喷嘴管壁比较薄，空气流路也较为复杂，所以在空气流路中增加加强筋以提高结构强度与刚性，进一步增加了结构的复杂性，因此该结构燃油喷嘴适合采用3d打印的方式进行生产，燃油再进行机械加工，装配旋流器、喷口等精密零件。

冷却空气流路的进口朝向发动机正前方，出口朝向发动机正后方，使外涵道气流能够在喷嘴冷却空气流路的进口处滞止，提高进气压力，从而使冷却空气在喷嘴壳体内的流动。

燃油喷嘴的燃油流路处于燃油喷嘴的中心位置，被冷却空气流路包裹，使燃油温度不会升高，燃油流路可以是单油路或多油路。

冷却空气流路中的加强筋可以是“十”字型分布，也可以是其它形式分布，加强筋的数量为2～10个。

冷却流路出口流通面积大于等于进口空气流通面积。

工作原理如下：

对于航空发动机燃烧室，其喷嘴固定于燃烧室机匣，插入燃烧室内，在喷嘴处于外涵道的部分设计进气口和出气口(图1)，在燃油喷嘴上设计冷却空气流路(图2)，使冷却空气能够包围整个燃油总管，冷却空气自进气口流入后，在靠近燃油喷嘴端面处折返，经出气口流出。进气口朝向发动机前方，即外涵道气流来流的方向，出气口朝向发动机后方。发动机工作时，外涵道气流在进气口处滞止，使进气口处气压升高，高于出气口气压，从而使外涵道温度较低的气流在燃油喷嘴的冷却空气流道中流动，隔绝内涵高温气体将热量传向喷嘴内流动的燃油。

运用外涵道温度较低的空气在燃油总管及喷嘴中的流动，不仅利用空气热阻较大的优点，流动的气体还能够及时地将传递的热量带走，从而起到了非常好的隔热效果。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神本质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖本发明的保护范围内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

技术特征：

1.一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，在燃油喷嘴的燃油流路与外圆周面之间设置有冷却空气流路，冷却空气流路的进气口的方向与外涵道气流流动方向相反，使外涵道气流能够自进气口流入冷却空气流路，冷却空气流路的出气口方向与外涵道气流流动方向相同。

2.如权利要求1所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，冷却空气流路包围整个燃油流路。

3.如权利要求1所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，冷却空气流路内设置有若干加强筋。

4.如权利要求3所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，加强筋沿燃油喷嘴轴向延伸。

5.如权利要求3所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，加强筋的数量为2～10个。

6.如权利要求4所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，当加强筋的数量为4时，加强筋在冷却空气流路内呈“十”字型分布。

7.如权利要求1～6任一所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，出气口面积大于等于进气口面积。

8.如权利要求1～6任一所述的一种燃油喷嘴空气隔热结构，其特征在于，燃油喷嘴采用3d打印的方式制造。

技术总结
本发明公开了一种燃油喷嘴空气隔热结构，在燃油喷嘴的燃油流路与外圆周面之间设置有冷却空气流路，冷却空气流路的进气口的方向与外涵道气流流动方向相反，使外涵道气流能够自进气口流入冷却空气流路，冷却空气流路的出气口方向与外涵道气流流动方向相同。该结构能够更好的隔绝内涵高温气体将热量传向燃油总管及喷嘴内流动的燃油，从而更好的保证燃油总管及喷嘴中的燃油不发生结焦。本方案空气冷却结构大幅提高了燃油喷嘴的隔热效果，可以用于进口温度较高的航空发动机和燃气轮机。

技术研发人员：于小兵;文清兰
受保护的技术使用者：中国航发贵阳发动机设计研究所
技术研发日：2020.07.31
技术公布日：2020.11.24