航空发动机燃烧室机匣的组成及选材分析.doc

航空发动机燃烧室机匣的组成及选材分析 3.1航空发动机的基本组成 发动机是飞机的“心脏”，是推动飞机和整个航空工业蓬勃发展的源动力，20世纪下半叶世界航空动力呈加速发展态势，21世纪航空动力面临新的机遇，它将以更快的速度向前发展，并促使飞机和航空工业出现新的飞跃。一般而言发动机由点火装置、燃烧室、装药和喷管四部分组成。 3.1.1点火装置 发动机点火装置工作的基本要求是: 能保证主装药准确、可靠地点燃、点火延迟时间要短。它的基本失效模式有发火失效和对发动机点火失效两种。以往的型号研制经验表明，一般情况下，众多的结构可靠性评估续计变量中，以在规定时间内达到的点火压强为最佳统计变量。 3.1.2燃烧室 燃烧室是燃料与空气混合并进行燃烧的地方，燃烧室工作的好坏直接影响 发动机的性能，并关系到发动机的安全可靠性。 3.1.3装药 一般选取受内压时的壳体应力为统计变量。发动机药柱分为自由装填式和壳体粘接式两类。对于自由装填式药柱，强度是足够的，通常不需要进行结构完整性分析。对于壳体粘接式药柱，特别是内孔形状复杂的药柱，通常存在较严重的药柱强度问题，因为药柱从制造到使用的过程中，其内部会产生各种机械应力。 药柱失效的基本故障或基本机理，决定最终结果造成气体生成速率过低或过高。在化学和结构两方面的损坏都表现为造成过高的壳体内压。经验及分析表明，当壳体粘接式药柱受热载荷和工作压强载荷时，工作内压是应研究的主要载荷，以延伸率作为药柱结构可靠性评估的统计变量较为合理；而受加速度载荷和自重载荷时。以强度作为药柱结构可靠性评估的统计变量较为合理。上述观点已为多年来发动机的研制实践所证实。 3.1.4喷管 航空发动机离心喷嘴主要有喷嘴壳体、旋流器、旋流室和喷口组成。根据其自身工作条件及环境影响，其材料主要选用马氏体钢材2Cr13、3Cr13和4Cr13三种类型。一般离心喷嘴有四种类型：单路、双路单室单喷口、双路双室单喷口及双路双室双喷口，分别具有不同的结构设计、性能和用途。 3.2燃烧室的分类及基本构成 燃烧室是发动机的高温部件，工作条件极为恶劣，要求性能好、工作可靠的同时还要求尺寸小、重量轻、便于维护、足够的强度及刚性和有一定的使用寿命。 3.2.1燃烧室的分类 现代航空发动机燃烧室按基本结构可以分为三大类：单管燃烧室、联管燃烧室和环形燃烧审。 3.2.1.1单管燃烧室 又叫分管燃烧宣。它的结构特点是第一个管形火焰筒的外面都包有一个单独的外壳，组成一个单管燃烧室。沿发动机圆周均匀地安装有6～16个这样的分管，各分管之问用联焰管联通，传播火焰和均衡压力。 3.2.1.2联(环)管燃烧室 它的结构特点是将若干个管形火焰筒，沿圆周均匀安装在同一个内外壳体间的环腔内，相邻火焰筒燃烧区之间用联焰管联通。联管燃烧室的结构比较紧凑，外廓尺寸显著地减少。外壳体是承力构件，有利于减轻发动机结构的质量和改善发动机整体刚性。 3.2.1.3环形燃烧室 环形燃烧室的结构特点是在燃烧室内、外壳之间的环腔内，安装了一个由共同的火焰筒内、外壁构成的环形燃烧区和掺娓区。在火焰箭头部装有几个燃油喷嘴和稳定装置。燃烧室的各个气流通道都是环形的，因此与压气机出口环形气流可以获得最好的气动配合，气流均匀，流动损失小。还有利于设计矩扩压器。由于其结构紧凑，迎风面积最小，容积利用率最高，因此。在新型航空发动机上被广泛采用。 3.2.2燃烧室的基本构成 某型涡喷发动机燃烧室采用的是环形燃烧室。由燃烧室外壳、内壳、火焰筒、燃油总管、点火嚣等构成[14]。 3.2.2.1燃烧室机匣 燃烧室机匣是发动机的承力壳体，由外壳体和内壳体构成。外壳前段和内壳构成扩压器，降低压气机气流速度，外壳和内壳组成环形气流通道，保证气流的稳定性。扩压器为流线形扩压器，进口有一平直段，一方面防止气流畸变影响出口温度场品质和气流扰动影响压气机性能，另一方面减少叶片尾迹对燃烧室流场的影响。 燃烧室机匣是发动机的承力件，承受径向力、轴向力、扭矩、弯矩、惯性力以及振动等多种负荷。本次设计主要研究的是在各种温度作用下，燃烧室机匣的相应应力变化。 3.2.2.2火焰筒 该发动机燃烧室共装有10个五段直流式气膜冷却火焰筒，火焰筒是燃烧室的一个重要组件，其作用是使燃油在它的空腔内得到稳定且完全的燃烧，并获得满意的出口温度场。火焰筒由带有旋流器、锥体的头部，带有气膜冷却的五段筒体和燃气导管构成。从压气机来的气流分为两股进入火焰筒：一股从旋流器进入火焰筒，空气经过旋流器高速旋转，在离心力作用下，空气被甩向四周，中心形成低压区，保证火焰燃烧；另一股由掺混孔进入火焰筒，和燃气混合，降低燃气温度。燃气导管将燃气由圆形界面向扇形界面过渡。 3.2.2.3燃油总管 燃油总管共有10个喷嘴，喷嘴为双油路离心式压力雾化喷嘴，主副油路独立，将主、副油路提供的