陶瓷基复合材料火焰筒、制造方法以及燃气涡轮发动机与流程

本发明涉及陶瓷基复合材料火焰筒、制造方法以及燃气涡轮发动机。

背景技术：

1、燃气涡轮发动机，例如航空发动机燃烧室结构可以是全环燃烧室结构，如图1所示的，可以包括燃烧室外机匣3、燃烧室扩压器4、内机匣5、燃油喷嘴1、火焰筒2。发动机工作时，高温压缩空气从扩压器4进入火焰筒2内，燃油喷嘴1通过金属件6连接，燃油喷嘴1包括喷嘴外部壳体10，喷嘴内部杆芯11，喷嘴头部12。燃油喷嘴1用于将燃油喷入火焰筒2内，燃油与空气混合在火焰筒2内进行燃烧。燃烧时会造成火焰筒2壁处于较高温度的工作环境中。

2、随着先进航空发动机性能设计指标要求越来越高，燃烧室进出口温度不断提高，传统的高温合金材料往往暴露出其耐温能力不足的问题，需采用复杂的气膜冷却系统以降低其服役温度。大量冷却气体的引入又会使得燃烧不充分，造成有害气体的排放，污染环境，降低发动机的热效率。

3、对于以上问题，本领域的一种方案是采用耐温能力更高的复合材料，例如陶瓷基复合材料(cmc)作为火焰筒材料，例如sic/sic复合材料作为一种陶瓷基复合材料提升火焰筒的寿命。

4、然而，cmc火焰筒的燃烧室点火系统的安装与金属火焰筒不同，金属火焰筒可直接在火焰筒点火电嘴孔处焊接金属浮动套安装座，来协调点火系统安装时机匣和火焰筒温差大导致的变形不匹配。而cmc火焰筒由于材料的原因，无法直接采用焊接，目前的方案是在cmc火焰筒点火电嘴孔处设计凸台，通过弹簧压紧将金属电嘴浮动套安装座安装在cmc火焰筒凸台上。

5、然而，发明人在实践中发现，这种凸台结构的点火电嘴座的强度和寿命需要进一步提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复合材料火焰筒。

2、本发明的另一目的是提供一种复合材料火焰筒的制造方法。

3、本发明的又一目的是提供一种燃气涡轮发动机。

4、根据本发明第一方面的一种复合材料火焰筒，包括火焰筒本体；点火电嘴座，用于安装点火电嘴，所述点火电嘴座从所述火焰筒本体凸起形成凸台面；其中，所述凸台面与所述火焰筒本体通过倒圆结构连接。

5、在所述的复合材料火焰筒的一个或多个实施例中，所述倒圆结构的无冷却孔设置。

6、在所述的复合材料火焰筒的一个或多个实施例中，所述倒圆结构在所述凸台面均匀分布。

7、根据本发明第二方面的一种复合材料火焰筒，火焰筒本体；点火电嘴座，用于安装点火电嘴，所述点火电嘴座从所述火焰筒本体凸起形成凸台面；其中，所述凸台面与所述火焰筒本体通过斜面连接，所述凸台面的一端与所述火焰筒本体通过第一斜面连接，所述凸台面的另一端与所述火焰筒本体通过第二斜面连接，所述第一斜面的倾角为第一角度，所述第二斜面的倾角为第二角度，所述第一角度大于所述第二角度，并且所述凸台面的其余位置与所述火焰筒本体连接的斜面的倾角为大于所述第二角度且小于所述第一角度。

8、在所述的复合材料火焰筒的一个或多个实施例中，所述第一角度为15°至25°，所述第二角度为5°-10°。

9、在所述的复合材料火焰筒的一个或多个实施例中，所述斜面设置有冷却孔。

10、在所述的复合材料火焰筒的一个或多个实施例中，所述冷却孔绕着所述凸台面在所述斜面上周向均匀地分布。

11、根据本发明第三方面的一种复合材料火焰筒的制造方法，制造如第二方面所述的复合材料火焰筒；所述斜坡以及所述凸台面通过基于所述火焰筒本体的局部单向带插层制造。

12、在所述的复合材料火焰筒的制造方法的一个或多个实施例中，在所述插层制造时，所述凸台以及所述斜坡的最外层纤维与所述火焰筒本体的纤维连续。

13、根据本发明第四方面的一种燃烧室，包括点火电嘴以及如第一方面或者第二方面所述的复合材料火焰筒；所述点火电嘴安装于所述点火电嘴座。

14、在所述的燃烧室的一个或多个实施例中，所述燃烧室还包括内机匣、外机匣，所述复合材料火焰筒位于所述内机匣与所述外机匣限定全环燃烧室空间内。

15、根据本发明第五方面的一种燃气涡轮发动机，包括如第四方面所述的燃烧室。

16、以上实施例介绍的技术方案的有益效果包括以下之一或者组合：

17、1.凸台式复合材料火焰筒点火电嘴座与火焰筒本体缓慢过渡，以减弱结构的刚度不匹配，降低局部应力集中；

18、2.在火焰筒本体与过渡结构的附近增加冷却孔，降低温度和梯度，降低应力。同时点火点嘴座区域温度降低，减小径向变形，降低热应力

19、3.凸台式复合材料火焰筒点火电嘴座处的气膜孔避开倒圆，尽可能分布在过渡斜坡上，不仅降低了温度，同时避免倒圆处斜孔导致的孔边应力集中过大，增加复合材料火焰筒开裂的风险；

20、4.采用复合材料火焰筒，可降低冷却用气量和发动机重量，有效降低发动机油耗，提高发动机热效率。

技术特征：

1.一种复合材料火焰筒，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的复合材料火焰筒，其特征在于，所述倒圆结构的无冷却孔设置。

3.如权利要求1所述的复合材料火焰筒，其特征在于，所述火焰筒本体与所述倒圆结构的连接处设置有冷却孔。

4.一种复合材料火焰筒，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的复合材料火焰筒，其特征在于，所述第一角度为15°至25°，所述第二角度为5°-10°。

6.如权利要求5所述的复合材料火焰筒，其特征在于，所述斜面设置有冷却孔。

7.如权利要求6所述的复合材料火焰筒，其特征在于，所述火焰筒本体与所述斜面的连接处设置有冷却孔。

8.一种复合材料火焰筒的制造方法，其特征在于，制造如权利要求4-7任意一项所述的复合材料火焰筒；所述斜坡以及所述凸台面通过基于所述火焰筒本体的局部单向带插层制造。

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述插层制造时，所述凸台以及所述斜坡的最外层纤维与所述火焰筒本体的纤维连续。

10.一种燃烧室，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的燃烧室，还包括内机匣、外机匣，所述复合材料火焰筒位于所述内机匣与所述外机匣限定全环燃烧室空间内。

12.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括如权利要求10所述的燃烧室。

技术总结本发明提供陶瓷基复合材料火焰筒、制造方法以及燃气涡轮发动机。其中，复合材料火焰筒包括火焰筒本体；点火电嘴座，用于安装点火电嘴，所述点火电嘴座从所述火焰筒本体凸起形成凸台面；其中，所述凸台面与所述火焰筒本体通过倒圆结构或者斜面结构连接。技术研发人员：杨眉,王西,黄望全,冯晓星受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13