一种多重隔热燃油喷嘴的制作方法

本专利涉及航空发动机领域，主要涉及一种多重隔热燃油喷嘴。

背景技术：

燃油喷嘴是航空发动机的关键部件，对发动机的性能有着重要的作用。燃油喷嘴的作用是将燃油雾化(或汽化)，加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。

随着先进航空技术的不断发展，用燃油做冷却剂以冷却飞机的电子、座舱、液压、滑油等装置的要求迅速增长，燃油热负荷不断加重，使得燃油在进入燃油喷嘴前的温度升高，达100～140℃；同时随着发动机压比的不断提高，燃烧室进口温度也进一步提高，高达900k以上，对主燃烧室燃油喷嘴的加热作用不可忽视。当燃油喷嘴内的油温超过400k时，随着油温的继续升高，喷嘴内燃油结焦积碳的速率大大增加，喷嘴的使用寿命将大幅度降低，并且使发动机的气动性能变差。因此需要设计一种具有热防护结构的燃油喷嘴，以有效的预防燃油喷嘴内燃油结焦积碳的生成。

技术实现要素：

本发明专利的目的是提供一种燃油喷嘴的结构方案，这种结构具有多重隔热防护层，可以降低燃油喷嘴内燃油的温升，提高燃油喷嘴的寿命及发动机的性能。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种多重隔热燃油喷嘴，包括喷嘴本体和油路系统，油路系统设置在所述喷嘴本体内，包括至少一组油路；所述油路包括进口、中间段和喷口前流道；所述进口的流通截面在发动机轴向方向的最大长度小于其流通截面垂直于发动机轴向方向的最大长度；所述中间段的流通截面在发动机轴向方向的最大长度小于其流通截面垂直于发动机轴向方向的最大长度；

所述中间段的外周设置有至少两层中间段隔热层；所述中间段隔热层设置在所述喷嘴本体内；

所述喷口前流道为分段结构，包括末段和至少一个前段，所述末段为环形流道，至少一个前段为c字形流道。

进一步的，所述油路还包括转接段；所述转接段设置在所述进口和所述中间段之间，流通截面沿燃油流动方向逐渐变小；所述转接段的各流通截面在发动机轴向方向的最大长度小于其垂直于发动机轴向方向的最大长度。

进一步的，所述喷口前流道的外周设置有至少一层头部隔热层，所述头部隔热层设置在所述喷嘴本体内。

进一步的，所述油路系统包括主油路和副油路；所述主油路用于为主喷口供油；所述副油路用于为副喷口供油；所述燃油喷嘴还包括中间油路，所述中间油路的一端连接所述主油路的中间段的末段，用于在所述副喷口的高燃油需求量时通过中间喷口供油。

进一步的，所述中间油路的末段设置在所述副油道的头部隔热层内。

进一步的，所述喷嘴本体通过增材制造的方法制成。

进一步的，所述中间段隔热层和所述头部隔热层为真空隔热层。

进一步的，所述中间段隔热层和所述头部隔热层为空气隔热层。

进一步的，所述中间段隔热层和所述头部隔热层的厚度为0.5～1.5mm。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

本发明的燃油喷嘴，针对高温下燃油结焦风险及流阻损失较高的情况，对燃油流道进行了优化设计，同时增加了喷嘴的热防护措施，具有以下优点：

1、在燃油进口和燃油流道之间增加了流道转接段，降低了因流道截面突变而产生的流阻损失。

2、燃油流道截面采用非圆形设计，壳体中的隔热层为整环环绕设计，节省了喷嘴杆部的安装空间；壳体中流道外围和流道之间均设计了独立的隔热层，加上壳体外的隔热套，为喷嘴杆部的燃油提供了多重隔热防护层，即没有增加喷嘴本体在发动机轴向的厚度，又降低了喷嘴杆部燃油结焦沉积的风险。

3、主喷口燃油流道采用分段设计，将其中一段流道截面设计为带一定角度扇区的圆环，减小了燃油的流通面积，使燃油流速增大，有利于降低燃油结焦沉积的速率。主喷口和中间喷口流道外均设计了隔热层，降低了喷嘴头部燃油结焦沉积的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

为了更清楚地说明本发明专利的技术方案，下面将对实施案例或现有技术描述中所需要使用的附图作一些简单的介绍。

图1为根据本发明的燃油喷嘴的一个实施例的结构示意图。

图2为图1中燃油喷嘴a-a向的剖视示意图；

图3为图1中燃油喷嘴进口结构的放大示意图；

图4为图1中燃油喷嘴头部结构的放大示意图；

图5为图4中燃油喷嘴b-b向的剖视示意图；

图6为图4中燃油喷嘴c-c向的剖视示意图；

其中：

1-主喷口、2-主喷口的头部隔热环、3-副喷口的头部隔热环、4-中间喷口、5-副喷口、6-旋流芯、7-堵头、8-隔热套、9-喷嘴主体、10-喷嘴进口、11-喷嘴头部、20-主油进口、21-主油中间段、22-主油转接段、23-主油路的喷口前流道、24-主油路的喷口前流道前段、25-主油路的喷口前流道末段、30-第一隔热层、31-第二隔热层、32-第三隔热层、33-第四隔热层、34-第五隔热层、40-副油进口、41-副油中间段、42-副油转接段、43-副油路的喷口前流道、50-中间油路。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。在本发明的一个实施例中，提出一种多重隔热燃油喷嘴，如图1所示包括喷嘴本体和油路系统，油路系统设置在喷嘴本体内，包括至少一组油路；油路包括进口、中间段和喷口前流道；进口的流通截面在发动机轴向方向的最大长度小于其流通截面垂直于发动机轴向方向的最大长度；中间段的流通截面在发动机轴向方向的最大长度小于其流通截面垂直于发动机轴向方向的最大长度；

中间段的外周设置有至少两层中间段隔热层；中间段隔热层设置在喷嘴本体内；

喷口前流道为分段结构，包括末段和至少一个前段，末段为环形流道，至少一个前段为c字形流道。

在本实施例中，油路还包括转接段；转接段设置在进口和中间段之间，流通截面沿燃油流动方向逐渐变小；转接段的各流通截面在发动机轴向方向的最大长度小于其垂直于发动机轴向方向的最大长度。

在本实施例中，喷口前流道的外周设置有至少一层头部隔热层，头部隔热层设置在喷嘴本体内。

在本实施例中，油路系统包括主油路和副油路；主油路用于为主喷口1供油；副油路用于为副喷口2供油；燃油喷嘴还包括中间油路50，中间油路50的一端连接主油路的中间段的末段，用于在副喷口2的高燃油需求量时通过中间喷口供油。

在本实施例中，中间油路50的末段设置在副油道的头部隔热层内。

在本实施例中，喷嘴本体通过增材制造的方法制成。

在本实施例中，中间段隔热层和头部隔热层为真空隔热层。

在本实施例中，中间段隔热层和头部隔热层为空气隔热层。

在本实施例中，中间段隔热层和头部隔热层的厚度为0.5～1.5mm。

在本实施例中，如图1所示，描述了主喷口1、主喷口的头部隔热环2、副喷口的头部隔热环3、中间喷口4、副喷口5、旋流芯6、堵头7、隔热套8、喷嘴主体9的相对关系。

如图2所示，燃油喷嘴杆部包括：23-主油路的喷口前流道、30-第一隔热层、31-第二隔热层、32-第三隔热层、43-副油路的喷口前流道。

在本实施例中，喷嘴主体9杆部有主油路的喷口前流道23和副油路的喷口前流道43，第二隔热层31环绕主油路的喷口前流道23和副油路的喷口前流道43，主油路的喷口前流道23和副油路的喷口前流道43中间由第三隔热层32隔开。喷嘴主体9外环绕第一隔热层30。主油路的喷口前流道23和副油路的喷口前流道43截面形状为长圆形；第二隔热层31为整环结构；第三隔热层32位于流道中间，主要阻隔流道之间的热辐射；第一隔热层30为半环结构，主要阻隔喷嘴迎风面高温气体的热辐射，另一种可替代的方案中，第一隔热层30也可以为整环结构。

如图3所示，为根据本发明的燃油喷嘴的一个实施例的进口结构放大图；如图所示：燃油喷嘴进口的主要特征包括：20-主油进口、21-主油中间段、22-主油转接段、23-主油路的喷口前流道、40-副油进口、41-副油中间段、42-副油转接段、43-副油路的喷口前流道。

本实施例中，燃油总管中的燃油从主油进口20和副油进口40进入喷嘴，中途流经主油中间段21和副油中间段41，经过主油转接段22和副油转接段42加速后进入主油路的喷口前流道23和副油路的喷口前流道43。主油中间段21和副油中间段41流道截面形状为长圆形，主油转接段22和副油转接段42是收敛的，流道截面形状为长圆形，流道截面尺寸最大处与中间段流道截面尺寸一致，流道截面尺寸最小处与杆部流道截面尺寸一致，中间各处截面尺寸按一定角度逐渐缩小。这种收敛的转接段流道，可以有效降低燃油的流阻损失。

参阅图4，为根据本发明的燃油喷嘴的一个实施例的头部结构放大图，图5为头部b-b向的剖视示意图，图6为头部c-c向的剖视示意图；如图所示：燃油喷嘴头部的主要特征包括：23-主油路的喷口前流道、24-主油路的喷口前流道前段、25-主油路的喷口前流道末段、33-第四隔热层、34-第五隔热层、50-中间油路。

本实施例中，中间油路50从主油路的喷口前流道23引出，经过主副连接段联通中间喷口4。燃油流经中间油路50进入中间喷口4，可为大状态时燃油喷嘴的预燃级补充燃油，提升发动机性能。主喷口的燃油流道分为主油路的喷口前流道前段24和主油路的喷口前流道末段25，两个流道的内、外径大小保持一致。主油路的喷口前流道前段24的截面为一定角度扇区的圆环，主油路的喷口前流道末段25的截面为完整圆环，燃油在流道1中的流速较快，可降低结焦沉积的风险。第四隔热层33环绕在中间喷口4外，为中间喷口及副喷口流道中的燃油提供隔热保护，第五隔热层34环绕在主喷口1外，为主喷口流道中的燃油提供隔热保护。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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