燃气涡轮发动机排气装置的制作方法

本实用新型属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种燃气涡轮发动机排气装置。

背景技术：

目前，前出轴的涡轮螺旋桨发动机（如ct7，t700等）一般采用简单的直筒型排气管。后出轴的涡轮螺旋桨发动机（如pt6a系列）采用的排气装置100相较复杂，如附图1所示。后出轴的涡轮螺旋桨发动机运行中，离开自由涡轮区段的燃气流通常具有相对复杂的流场，特别是自由涡轮后的气流有较大的轴向速度，同时由于涡轮叶片的作用从而具有一定的旋转速度，这容易导致流动沿着排气装置100的气流通道的内表面产生分离，进而产生湍流；流动的分离增加了对燃烧气体流动的阻力，并且还增加排气装置中燃气的压力损失，这种压力损失会导致涡桨发动机性能的明显降低。另外，目前的排气装置100采用单侧排气，会产生额外的反作用力矩，同时也造成单侧排出的燃气量大，不易被螺旋桨后的空气快速冷却，影响飞机结构的热负荷，这些都不利于飞机的设计，有待进一步优化改进。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种燃气涡轮发动机排气装置，避免尾气在排气装置中的流动阻力较大、压力损失较大的问题，取得平衡性更好、排出气体更容易被冷却的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

燃气涡轮发动机排气装置，包括呈回转体的排气主壳体，所述排气主壳体具有环状的气体流通室；所述气体流通室包括位于进气端的环状的轴向流动段，以及后续沿气体流动方向依次相连的径向扩张段和后效作用段；第一内壁和第一外壁之间的空间形成为所述轴向流动段；所述第一内壁为圆筒形，所述第一外壁为套在第一内壁外侧且与之同轴的圆筒形；第二内壁和第二外壁之间的空间形成为所述径向扩张段；第一内壁的一端与第二内壁相连，第一外壁的一端与第二外壁相连，第一内壁和第一外壁的另一端共同形成为进气口；在排气主壳体的轴向截面上，所述第二内壁和第二外壁均呈沿轴向和向外的径向方向延伸；所述第二内壁的自由端继续延伸形成第三外壁，所述第三外壁反包连接至第二外壁的外侧面且其内部空间形成为所述后效作用段以组合成整体结构的气体流通室和排气主壳体；所述第三外壁上以其轴线呈中心对称开设有两个排气口并分别连接有排气管，所述排气管的管内气流通道与环状的后效作用段相切。

进一步完善上述技术方案，所述排气管朝向远离进气口的方向倾斜。

进一步地，在排气主壳体的轴向截面上，所述第二外壁为半径为r的圆弧形且其与第一外壁相切，第一外壁至第一内壁之间的径向距离为h，所述r和h的取值之比为2.5～3。

进一步地，在排气主壳体的轴向截面上，所述第二外壁在径向上的延伸距离为△h，所述△h和h的取值之比小于0.6；

第一内壁至第一外壁之间的径向截面面积计为s1，第二外壁的自由端端头至第二内壁之间的径向截面面积计为s2，所述s1和s2的取值之比为1.5～2。

进一步地，所述第一外壁和第二外壁为一体结构，经钣金弯形成型；所述第一内壁、第二内壁和第三外壁为一体结构，经钣金弯形成型，第三外壁的自由端和第二外壁的外侧面焊接固连。

相比现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型为后出轴式的涡桨发动机提供了一种分叉式的排气装置，通过其气流通道的设计、关键参数的设置，减小了装置内气流分离的可能性，可改善发动机尾气排放的气动特性、减少排气装置的总压损失，从而减小排气装置流动损失对发动机造成的影响，提高发动机的性能。

2、本实用新型采用180°对称设计的分叉式排气管设计，将降低排气造成的反作用力矩，平衡性更好；同时，两侧分叉排气更有利于螺旋桨后气流对发动机排气进行冷却，降低发动机排气的高温对后部飞机壳体的热影响。

3、本实用新型的结构简单、制造难度较低，特别地，相较现有排气装置大大减小了轴向尺寸，结构尺寸紧凑，节约发动机空间。

附图说明

图1-背景技术的燃气涡轮发动机的结构示意图；

图2-具体实施例的燃气涡轮发动机排气装置的结构示意图；

图3-图2的俯视图；

图4-具体实施例中的排气主壳体的轴向剖分的截面图（半辐，非排气口位置）；

图5-用虚线分区示意排气主壳体内的轴向流动段、径向扩张段、后效作用段；

其中，排气装置100，进气口1，第一内壁2，第一外壁3，前壁4，外壁5，第二外壁6，第二内壁7，后壁8，排气口9，排气管10，第三外壁11。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

参见图2-5，具体实施例的燃气涡轮发动机排气装置，包括呈回转体的排气主壳体，所述排气主壳体具有环状的气体流通室；所述气体流通室包括位于进气端的环状的轴向流动段，以及其后续的沿气体流动方向依次相连设置的环状的径向扩张段和后效作用段。

所述排气主壳体由第一内壁2、第一外壁3、第二内壁7、第二外壁6和第三外壁11构成。

所述第一内壁2为圆筒形，所述第一外壁3为套在第一内壁2外侧且与之同轴的圆筒形；第一内壁2和第一外壁3之间的空间形成为所述轴向流动段；第一内壁2和第一外壁3的一端共同形成为进气口1，第一内壁2的另一端与第二内壁7相连，第一外壁3的另一端与第二外壁6相连；第二内壁7和第二外壁6之间的空间形成为所述径向扩张段；在排气主壳体的轴向截面上，所述第二内壁7和第二外壁6均呈沿轴向和渐扩径向方向同时延伸的形状；所述第二内壁7的自由端继续延伸形成所述第三外壁11，所述第三外壁11朝向进气口1一端（反向）延伸，包裹住第二外壁6的自由端并连接至第二外壁6的外侧面，其内部空间形成为所述后效作用段，这样就组合成了整体结构的气体流通室和排气主壳体。

所述第三外壁11上以其轴线呈中心对称开设有两个排气口9并分别连接有排气管10，两排气管10也是以排气主壳体的轴线呈中心对称的形式，所述排气管10的管内气流通道与环状的后效作用段相切。

具体实施例的排气装置，使用时，套设在发动机上，即发动机的轴穿过排气主壳体上第一内壁2和第二内壁7的内孔，发动机运行时，自由涡轮区段的燃气出来后从进气口1进入本排气装置，流经轴向流动段和径向扩张段，降低流速，进入后效作用段。经轴向流动段的燃气可沿着第二内壁7、第二外壁6流动并确保沿在其整个横截面上的流动的连续性，至后效作用段中，将流动方向由径向改变为切向，如图2中箭头所示，通过两个排气管10排出到大气中，这种流动模式，气动特性良好，排气装置中的损失是最小的，提高发动机的性能。采用180°对称设计的分叉式排气管10设计，可降低排气造成的反作用力矩，平衡性更好；两侧分叉排气更有利于螺旋桨后的气流冷却发动机的排出尾气，降低发动机排气的高温对后部飞机壳体的热影响。

其中，所述排气管10朝向远离进气口1的方向倾斜。这样，通过与螺旋桨后气流的对冲，进一步提高冷却效果。

其中，在排气主壳体的轴向截面上，所述第二外壁6为半径为r的圆弧形且其与第一外壁3相切，第一外壁3至第一内壁2之间的径向距离为h，所述r和h的取值之比为2.5～3，即r/h的比值在2.5～3。经三维气动分析，在上述条件下，第二内壁7、第二外壁6的末端出口处存在连续的气流并且总压力损失最小。当r/h＜2.5时，由于气流分离，排气装置中的总压力损失会急剧增加，而当r/h大于3时，则会增加排气装置的轴向长度并同时增加总压损失。

其中，在排气主壳体的轴向截面上，所述第二外壁6在径向上的延伸距离为△h，所述△h和h的取值之比小于0.6，即△h/h＜0.6；第一内壁2至第一外壁3之间的气体流道径向截面面积计为s1，第二外壁6的自由端端头至第二内壁7之间的气体流道径向截面面积计为s2，所述s1和s2的取值之比为1.5～2,即s1/s2的比值在1.5～2。经三维气动分析，在上述条件下，可进一步保证燃气在排气装置内不产生气流分离，使总压损失降到可能的最小，同时也保证了较小的轴向长度l。

其中，所述第一外壁3和第二外壁6为一体结构，经钣金弯形成型；所述第一内壁2、第二内壁7和第三外壁11为一体结构，经钣金弯形成型，第三外壁11的自由端和第二外壁6的外侧面焊接固连。这样，便于制造。

本实施例中，将第三外壁11标记划分为了前壁4，外壁5和后壁8，实施时，基于制造条件，可以分段连接，也可以一体成型。附图2所示姿态，即为本排气装置安装到发动机上的姿态（发动机水平放置），也给出了排气管10的轴线与水平线的优选角度β值，优选β=11.25°，距离hp值优选90mm，附图3示意了排气管10的倾斜朝向以及倾斜角度α，优选α=102°。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。