一种复合材料火焰筒及航空发动机的制作方法

本发明涉及航空发动机，特别地，涉及一种复合材料火焰筒。此外，本发明还涉及一种包括上述复合材料火焰筒的航空发动机。

背景技术：

1、在航空发动机领域，传统的高温合金材料的火焰筒，在高温高压环境下工作容易发生蠕变变形，因此，需采用更耐高温的材料来保证燃烧室的高性能稳定工作和延长燃烧室的寿命。非金属复合材料，如陶瓷基复合材料，较金属材料具有更高的耐温能力，更小的密度，是先进航空发动机燃烧室的优质选材。

2、现有非金属材料复合材料火焰筒与金属结构常采用直接搭界或者间隙配合结构，火焰筒内外环出口位置与涡轮机匣、涡轮导叶等结构常采用鸟嘴结构或是鸟嘴搭接结构。其中间隙配合结构在发动机工作时振动较大，且现有技术无法避免非金属复合材料的火焰筒与固定销接触，局部受力较大，易出现应力集中，造成非金属材料火焰筒外环裂纹、破损等问题；而采用鸟嘴结构与涡轮机匣、涡轮导叶等金属结构连接，在初始装配时，容易造成非金属材料的磕碰破损，出口温度高，耐温能力下降，易出现烧蚀情况从而影响发动机使用寿命；同时采用鸟嘴搭接结构，由于非金属复合材料与金属材料的线膨胀系数差异大，两种材料零件膨胀量不匹配，容易造成热态漏气或者挤压破损情况，影响发动机性能和寿命。

3、通过以上分析，可见现有技术存在如下问题：

4、1、金属材料和非金属复合材料之间的装配搭接容易发生应力集中造成零部件出现裂纹、破损等问题，如喷嘴、电嘴和固定销与火焰筒的装配，火焰筒出口与涡轮高导之间的搭接处等；

5、2、由于金属材料与非金属复合材料热膨胀系数的差异，导致的热态下金属材料与非金属复合材料之间的密封不严等问题；

6、3、非金属复合材料的振动较大影响火焰筒寿命问题。

技术实现思路

1、本发明的一个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包括上述非金属复合材料火焰筒的航空发动机。

3、根据本发明的一个方面，提供一种复合材料火焰筒，包括金属框架，以及用于组成火焰筒壁面并由非金属复合材料制成的内环组件和外环组件：

4、内环组件包括火焰筒内环，外环组件包括火焰筒外环；

5、金属框架包括火焰筒头部组件、电嘴座支杆、定位销支杆、外环出口组件和内环出口组件：

6、火焰筒头部组件包括环状的头部基体，头部基体与外环出口组件之间通过电嘴座支杆和定位销支杆连接，头部基体与内环出口组件之间通过定位销支杆连接，头部基体用于分别限位密封火焰筒内环的第一端以及火焰筒外环的第一端，外环出口组件用于限位密封火焰筒外环的第二端，内环出口组件用于限位密封火焰筒内环的第二端；

7、电嘴座支杆上预设的安装孔内设置有电嘴座，电嘴座用于固定安装电嘴；

8、定位销支杆上预设的第六螺孔内设置有定位销螺栓，定位销螺栓用于将火焰筒内环与定位销支杆连接定位，定位销螺栓还用于将火焰筒外环与定位销支杆连接定位。

9、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，头部基体上设置有外环安装部和内环安装部，外环安装部上设置有外环u型槽，外环u型槽用于将火焰筒外环的第一端限位，内环安装部上设置有内环u型槽，内环u型槽用于将火焰筒内环的第一端限位，火焰筒头部组件还包括封严件，封严件布设于外环u型槽及内环u型槽内，封严件还布设在外环出口组件和内环出口组件预设的止口槽部，封严件用于对火焰筒内环的第一端和第二端进行密封，封严件还用于对火焰筒外环的第一端和第二端进行密封。

10、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，外环安装部和内环安装部设有多个分别环形阵列布设在头部基体上，外环u型槽远离头部基体轴线的侧面设为第一外环面，外环u型槽靠近头部基体轴线的侧面设为第一内环面，外环u型槽的底部端面设为第一端面，火焰筒外环的外环面和内环面分别设为外环外型面和外环内型面，外环外型面与第一外环面搭接，外环内型面与第一内环面之间具有间隙，封严件设于第一端面与火焰筒外环的第一端之间。

11、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，内环u型槽靠近头部基体轴线的侧面设为第二外环面，内环u型槽远离头部基体轴线的侧面设为第二内环面，内环u型槽的底部端面设为第二端面，火焰筒内环的外环面和内环面分别设为内环外型面和内环内型面，外环外型面与第二外环面搭接，外环内型面与第二内环面之间具有间隙，封严件设于第二端面与火焰筒内环的第一端之间，封严件为可弯折的封严环。

12、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，电嘴座支杆包括第一支杆基体，第一支杆基体的第一端与头部基体连接，第一支杆基体的第二端与外环出口组件连接，安装孔开设在第一支杆基体上，安装孔为螺孔结构，电嘴座为筒形结构，电嘴座外壁上凸设有一圈安装平台，电嘴座外壁中下段设为连接部，连接部与安装孔螺纹连接，电嘴座底端的连接底面与火焰筒外环的外壁之间设置有密封件。

13、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，定位销支杆包括第二支杆基体，第二支杆基体分为内外两圈环形阵列布置，内圈的第二支杆基体的第一端与头部基体连接，内圈的第二支杆基体的第二端与内环出口组件连接，外圈的第二支杆基体的第一端与头部基体连接，外圈的第二支杆基体的第二端与外环出口组件连接，第六螺孔开设于第二支杆基体上，第二支杆基体上凸设有定位销座，定位销座环绕第六螺孔设置，定位销螺栓上设置有限位头部，定位销座用于支撑卡位限位头部。

14、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，火焰筒外环的第二端的内环面上搭设有第一出口隔热环，第一出口隔热环用于遮蔽保护外环出口组件，外环出口组件包括第一基板，第一基板上设置有外环出口安装头部，外环出口安装头部用于与电嘴座支杆的第二端或定位销支杆的第二端连接，第一基板上还凸设有第一止板，第一止板与第一出口隔热环抵接。

15、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，火焰筒内环的第二端的外环面上搭设有第二出口隔热环，第二出口隔热环用于遮蔽保护内环出口组件，内环出口组件包括第二基板，第二基板上设置有内环出口安装头部，内环出口安装头部用于与定位销支杆的第二端连接，第二基板上还凸设有第二止板，第二止板与第二出口隔热环抵接。

16、在所述的非金属复合材料火焰筒一个或多个实施例中，火焰筒外环的外环面上凸设有第一定位销安装座，第一定位销安装座用于限位固定定位销螺栓；火焰筒内环的内环面上凸设有第二定位销安装座，第二定位销安装座用于限位固定定位销螺栓。

17、根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机，其包括上述复合材料火焰筒。

18、本发明具有以下有益效果：

19、本发明非金属复合材料火焰筒通过非金属复合材料的内环组件和外环组件组成火焰筒壁面，火焰筒壁面通过金属框架进行装配限位，同时通过金属框架实现电嘴的安装以及与机匣的稳固连接，保证火焰筒整体的连接强度。而火焰筒壁面与金属框架之间通过封严件进行密封，因采用金属框架镶嵌非金属材料火焰筒壁面的结构，可以使封严件有一定的压紧力，以解决金属材料与非金属材料之间因热态下膨胀量不同而造成的漏气问题。金属框架也可对非金属材料火焰筒内、外环组件环进行定位，内、外环组件通过金属框架连接形成一体式结构，可有效防止火焰筒内、外环组件出现晃动，减少非金属材料火焰筒壁面的振动问题。本技术火焰筒整体上采用了可拆分式的结构，维护性和维修性更高，性能更为稳定，也能延长火焰筒寿命。

20、本发明航空发动机同样具有上述有益效果。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。