包括具有球形塞的吸入/排气阀的用于飞机涡轮引擎的等容燃烧(CVC)室的制作方法与工艺

本发明涉及用于飞机涡轮引擎的等容燃烧室的领域。本发明应用于任何类型的燃烧引擎，特别是涡轮喷气引擎、涡轮螺旋桨引擎和开式转子涡轮引擎。

背景技术：
通常，飞机涡轮引擎的燃烧室根据被称具有等压燃烧的布雷登循环来操作。然而，对于在消耗中的特定收益，设想由被称具有等容燃烧或“CVC”的汉弗莱循环燃烧室替换布雷登循环燃烧室。文献FR2945316描述这种CVC燃烧室的一个实施例。该室包括在入口处的受压气体进气阀，所述进气阀能够在一打开位置与一关闭位置之间切换，并包括在出口处的燃烧气体排出阀，所述排气阀也能够在一打开位置与一关闭位置之间切换。以同步方式控制该阀的位置，以执行汉弗莱循环的三个连续阶段，即吸入-燃烧-排放。然而，在根据现有技术的方案中，吸入和排气阀的设计经证明为可改进的，尤其在坚固性和气密性方面，该密封性尤其在燃烧阶段所观察到的高增压过程中存在潜在问题。

技术实现要素：
因此，本发明的目的是相对于现有技术的实施例，至少部分地弥补上述缺点。为此，本发明涉及一种飞机涡轮引擎的等容燃烧室，所述室包括受压气体进气阀，所述进气阀能够采用一打开位置和其中其防止受压气体吸入到室中的一关闭位置，所述室进一步包括燃烧气体排气阀，所述排气阀能够采用其中其防止燃烧气体排放到该室外部的关闭位置。根据本发明，吸入和排气阀中的至少一个包括至少一个球形塞。本发明的特征在于，设想了球形塞阀技术，所述技术打破了应用到涡轮引擎燃烧室的传统方案，并具有高性能的坚固性和气密性特征。这有利地获得在使用寿命和整体性能方面的效益，因为已观察到相对于根据现有技术的方案，在10％至15％的区域中，在消耗中的特定收益。而且，本发明根据基于球形塞的单独旋转的可靠原理，总是优选地沿着相同的方向，优选地以恒定速度有利地运转。此单独旋转使得可以与例如吸入、燃烧和排放的汉弗莱循环阶段的执行相配合的方式，交替地使气流可穿过该阀和防止该气流穿过该阀。非常优选地，吸入和排气阀均根据本发明的特定原理进行设计。优选地，燃烧室包括具有圆形截面的圆柱形侧壁。限定其中燃烧发生的壳体的此侧壁形状有利于燃烧流的对称性和在该壳体中的热的传送。而且，这种形状与关闭在其两个端部的室的球形塞阀的接合使得可通过例如基本密封元件而获得满意的气密水平。优选地，排气阀的球形塞具有气体通道，所述室设计为在导致排气阀关闭的排气阶段后，可再循环留存在所述气体通道中的燃烧气体。废气再循环(EGR)在随后的燃烧阶段在室中进行，或在进行燃烧循环的过程中可选地当阶段改变时在邻近室中进行。根据本发明的一个优选实施例，包括所述至少一个球形塞的所述阀包括：内球体，所述内球体由气体通道横穿过；以及外球体，所述外球体容纳所述内球体并配备有两个相互远离的孔，所述内和外球体可相互旋转地安装，其中所述球体中的至少一个用作所述至少一个球形塞，外球体的所述两个孔被设置为，结合所述气体通道，分别地在其两个端部中的每一个处形成隔板。以此方式，此优选的实施例使仅仅通过两个相互连锁的穿孔的球体的相对旋转就可打开和关闭该阀。一般来说，在孔至少部分成对地相互面对时打开该阀，并利用由所述孔和气体通道所形成的所述孔的角偏置获得关闭。优选地，逆时针旋转地安装内和外球体。在此情况下，它们每一个根据本发明均用作球形塞。可选地，两个中的仅仅一个可以是内塞或外塞，另外一个相对于该室的侧壁保持静止。两个主体的逆时针旋转的性质特别有利在于，对于整个隔板的打开时间，其使得可相对于室的侧壁将两个隔板中的每一个的中心维持在固定区域中。这样，在阀的整个打开阶段，即从阀的最小打开截面，经由阀的最大打开截面到阀的关闭截面，气流均可以维持相同的方向，被视为是最有效的。关于这点，对于整个阀的打开位置，优先确保每个隔板相对于燃烧壳体保持对中。这带来了非常良好的燃烧性能和超强能力，以在涡轮中重获燃烧过程。优选地，当从前部观看时，所述两个外球体孔和所述内球体的气体通道的两个端部中的每一个均具有椭圆形整体形状，其中长度相对于外球体，垂直于内球体的旋转轴线延伸，这些孔的中心/气体通道的端部设置在与所述旋转轴线正交的相同平面，优选为直径平面中。这使得在开始和结束该打开时，即当截面为最小时，可降低隔板的杏仁形或裂缝形效应。通过在这时维持近似圆形的外观，穿过隔板的气流被保持在良好状态下。优选地，孔/端部具有相同的或近似的形状。然而，孔的形状可以是不同的，例如为圆形，方形，等等，而不超越本发明的范围。尽管如此，当此实施例具有两个连锁的球体时，可以设想，提供多个上主体，所有的所述上主体均与隔板的形成有关，优先地沿着直径相对。优选地，至少一个密封元件设置在阀的球形塞与固定体之间。其可以由密封件和/或由可磨损材料制成的环和/或类似的密封元件组成。优先地，多个密封段设置在两个元件之间，这些部在平行平面中优选对于球形塞的旋转轴线取向，并与燃烧室的主流动方向正交。等效密封元件可以设置在两个内和外球体之间，或者，根据可接受的泄漏压力和流速，所述球体可直接地相接触，而不需要将密封件插入在其之间。进一步根据所设想的实施例，阀仅仅包括单独球形塞，所述球形塞使用固定阀体来限定一个隔板或两个相对的隔板。本发明还涉及一种包括至少一个上述室的燃烧室模块，所述燃烧室模块包括用于驱动所述至少一个球形塞旋转的装置，所述驱动装置优先地设计为以恒定的转速驱动每个球形塞。即使该速度是可变的，旋转方形仍优先地维持不动，有利于驱动的使用。优选地，该模块包括多个上述燃烧室，该室优选根据可选地旋转的圆柱形结构来围绕涡轮引擎的驱动轴线分布。优选地，对于至少一个燃烧室和更优先地对于每个室，所述驱动装置设计为当阶段改变时以同步的方式控制所述吸入和排气阀。为此，这两个阀的打开不同步进行，类似地，所述阀的关闭同样地不同步进行。然而，即使在特定时刻，两个阀也可以在打开/关闭位置，因此，这些阀的打开/关闭的程度是不同的。最后，本发明涉及一种包括这种燃烧模块的飞机涡轮引擎。本发明的进一步的优点和特征将在以下非限制性的详细描述中显示。附图说明此描述通过参考附图来进行，其中：图1表示根据本发明的涡轮喷气引擎气体发电机的侧视图；图2表示沿着图1的线II-II截面图；图3是安装在前述附图中所显示的燃烧室中的一个燃烧室的立体图，该室采用本发明的第一优先实施例的形状；图4是沿着图3中的平面P的纵向截面图；图4a是等效于图4中视图的局部视图，该室的排气阀位于一不同位置；图5和图6分别地表示安装在图3和4中所显示的燃烧室中的进气阀的球形塞的分解立体图和前视图；图7A示在图5和6中所显示的阀的外球形塞的前视图；图7B是沿着图7A中的线B-B的截面图；图8A示在图5和6中所显示的阀的内球形塞的前视图；图8B是沿着图8A中的线B-B的截面图；图9A至13A示意地表示在燃烧循环过程中吸入和排气阀的状态；图9B至13B表示分别地在图9A至13A中所显示的阀的状态下的进气阀的前视图；图9C至13C表示分别地在图9A至13A中所显示的阀的状态下的排气阀的前视图；图14表示显示在燃烧循环过程中吸入和排气阀的打开截面的图形；图15是类似于图4的视图，燃烧室采用本发明的第二优选实施例的方式；图16表示类似于第二实施例的一部分燃烧室，此室采用可选实施例的形状。具体实施方式参考图1，可看见一飞机涡轮引擎1，其优选为涡轮喷气飞机的飞机涡轮引擎1。该发电机从上游到下游通常包括一个或多个压缩机模块2、燃烧模块4和一个或多个涡轮模块6。通常，压缩机和涡轮通过一轴系统8相连，驱动涡轮引擎的接收器，在涡轮喷气飞机的情况下例如为一鼓风机(未示出)。在图2中所示的燃烧模块4显示其结合多个燃烧室10，所述燃烧室10围绕在驱动轴线11上的轴系统8来分布。室10，例如所设置的数量为14个至40个之间，优选全部都是相同的。这些室的数量优选为偶数，以便在其中一个室出现异常的情况下可抵消两个沿着直径相对的室的圆柱体，这样防止在涡轮入口处的流动不对称性。所述室设置在一所称的圆柱体结构中，在涡轮引擎运转的过程中优选相对于马达外壳保持静止。每个室10均为CVC类型的室，即所述室10在它们的端部处由同步的两个吸入和排气阀关闭，以执行汉弗莱循环的三个连续阶段，即吸入-燃烧-排放。即使它们是相同的，这些室10就汉弗莱循环的执行而言仍优选为自发地进行相互阶段转换。在例中，在吸入阶段中的一给定室可与在燃烧阶段中的另一室相邻，等等。图3和4表示燃烧室10中的一个。其通常平行于驱动轴线，围绕一中心室轴线12延伸。室10包括一圆柱形的侧壁14，所述侧壁14具有在轴线12上对中的圆形截面。此侧壁沿着径向限定燃烧壳体16的边界。壁14在其前端固定地支撑在轴线12上对中的锥形入口壁18；类似地，在壁的后端，其固定地支撑在轴线12上对中的也为圆锥形的出口壁20。壁14、18和20可由单独的回转零件制成。在关闭室的圆锥形壁18的上游的窄端，该室包括一受压气体的进气阀22；同样，在关闭室的圆锥形壁20的下游的窄端，该室包括燃烧后气体的排气阀24。这两个阀22，24专门针对于本发明，并优选为相同或相似的设计。进气阀22包括一用作支座的固定主体26a，此中空的主体26a的内表面28a为中心位于轴线12上的截去尖端的球体的形状。此表面的直径稍微大于侧壁14的内直径。在此内表面28a的端部，分别限定两个沿着直径相对的支座孔30a。在壳体16的侧部上取向的那个结合入口壁18的窄端来限定。在相对侧位于压缩机模块的侧部上的那个沿着上游方向张开，以利于将来自压缩机模块的受压气体引入进气阀22中。该两个支座孔30a优选为在轴线12上对中的圆形。内表面28b用作进气阀的两个球形塞的支撑表面，如在下文中详细描述的那样。然而，应注意到，该球形支撑表面可以由圆柱形或圆锥形的支撑表面所替代，而不超越本发明的范围。本发明的一个特征在于，使用至少一个球形塞，所述球形塞具有令人满意的坚固性和气密度，尤其经受在壳体16中在等容燃烧阶段观察到的高增压。这样，更具体地，在此第一优选实施例中使用两个球形塞。其首先由实心球形状的内球体32a组成，所述内球体32a由沿着穿过此球中心的轴线延伸的气体通道34a所横穿，此球的中心对应于作为支座的该主体的内支撑表面28a的中心。球32a优选由单件制成。其可选择由用于气流循环的冷却通道穿孔，所述气流用于对下述外球体38a进行冲击冷却，和/或用于对此球32a的外表面进行薄膜冷却。球32a的通道34a优选具有恒定的截面。阀22还包括采用中空球体形状的外球体38a，其中内表面的直径稍微大于球32a的外表面的直径，以便可容纳和固定在一滑动装置中，所述滑动装置使一个球体可相对于另一球体自由旋转。而且，球体38a的外表面的直径大大小于主体26a的内支撑表面28a的直径，以因此被容纳和固定，也使在支撑表面中的球体能够自由旋转。内球体38a具有相互较远的孔40a，所述孔40a也是沿着直径相对的。该两个孔40a，每个均穿过球体的厚度，具有设置在球体直径上的中心。互锁的内球体32a和外球体38a沿着垂直于驱动轴线12的旋转轴线42a相互可旋转地安装。更具体说，每一个球体均使用枢轴或等效元件可旋转地安装在用作支座的主体26a上。如以下所详细描述的那样，内和外球体32a，38a为相反-旋转，即优选以恒定速度，沿着相反方向围绕轴线42a旋转。在这点上，注意到燃烧模块4包括用于驱动这些球形塞旋转的装置，在图4中示意性表示的这些装置46通常包括一个或多个由控制单元，优选为FADEC所控制的马达。这些装置46还共享排气阀24。图4表示孔40a的中心50a以及气体通道34a的两个开放的端部54a中每一个的中心52a。该四个中心50a，50a，52a，52a设置在图4中的相同切割平面P中，此直径的平面与旋转轴线42a正交。在球形塞32a，38a的旋转过程中保持在平面P上的中心的此结构。参考图5至8B，其中显示出两个球形塞32a，38a。如图5中所示，球体38a可通过例如焊接，使用相互固定安装的两个半球来获得。每个半球均具有两个孔40a中的一个。在图7A和7B中所看见的孔40a使得当从图7A中的前部观看时，其大体上具有椭圆的形状，其中长度56a垂直于旋转轴线42a延伸，此长度56a位于平面P中。同样，在图8A和8B中所看到的气体通道34a的每个端部54a使得当从图8A的前部观看时，其大体上具有椭圆的形状，其中长度58a垂直于旋转轴线42a延伸，此长度58a也位于平面P中。更具体说，端部54a和孔40a具有大体相同的形状，使得当这些孔沿着室的轴线12对正时，它们成对地具有良好的相互连续性。这样，在此对正位置，在前视图中，长度56a，58a大致是相等的。这些长度小于或等于固定主体26a的孔30a的直径。在图6中显示，每个孔40a，与气体通道34a的端部54a中的一个，形成一专门用于本发明的隔板60a。这样，每个隔板60a均具有一打开的截面，该打开的截面取决于在形成此隔板的孔40a与端部54a之间的重叠区域，此区域根据在两个塞32a，38a之间的相对角位置而变化。隔板60a的完全打开对应于孔40a，54a的形状，在塞32a，38a的相反旋转运动过程中，该截面随着中心50a，52a沿着周向相互远离地移动而缩小。同样，在获得完全打开之前，该截面增加，直至中心50a，52a在轴线12上对正。由于孔的椭圆形状，隔板60a在打开的开始和结束时维持接近于盘的形状的椭圆形状，适于在满意的条件下循环气流。由于孔40a，54a的特殊结构，两个隔板60a持续地沿着直径相对，它们总是具有相同的打开截面。在这点上，应注意到，在两个塞的旋转过程中，两个隔板60a通过它们的中心在轴线12上对正，或通过它们的中心在与所述轴线12垂直的轴线上对正而打开。在该第一种情况下，这使得可将阀22设置在一将受压气体引进壳体16中的打开位置。在每个塞32a，38a的完全旋转过程中两次获得此结构。如上所述，当完全打开时，与固定阀体的孔30a对正的两个隔板60a的截面小于这些孔30a的截面，意味着所述孔30a的截面不包含在气体通道的截面中。在第二种情况下，来自压缩机模块的受压气体不能经由隔板60a并穿过气体通道34a，因而无法到达壳体16，因为隔板60a不能打开到通向该室的孔30a上。因此，尽管隔板打开，但阀22仍然在关闭位置。而且，一密封件系统设置在固定主体的内表面28a与外球体38a的外表面之间，使得先前留存在气体通道34a中的受压气体不能进入到在阀的此关闭位置的室壳体中。返回到图4，其中显示密封件系统的一个例子，其使用由该固定主体26a所支撑的三个圆形密封段来显示，全部都设置在与旋转轴线42a平行的平面中。其由一中心段62a和两个直径更小的横向段64a构成，其中所述中心段62a位于一直径平面中或其附近，所述横向部64a位于用作支座26a的主体的两个孔30a的附近。在球体32a，38a之间可设置等效密封件，尽管所述球体32a，38a优选无密封地直接的球面接触。其结果是，当隔板60a垂直于室的轴线12而对正时，原先留存在气体通道34a中的受压气体无法朝向壳体16排放，因为下游横向密封件64a的存在阻止气体沿着下游方向泄漏。再次参考图4，注意到，燃烧后气体的排气阀24与上述进气阀22具有相同或相似的设计。这样，与阀22的元件相同或相似的阀24的元件具有相同的附图标记，只是延伸部“a”由延伸部“b”替代。其结果是，还是由于孔40b，54b的特殊结构，该两个隔板连续地沿着直径相对，而且总是具有相同的打开截面。而且，在该两个塞的旋转过程中，两个隔板打开时，它们的中心在轴线12上对正，或它们的中心在与所述轴线12垂直的轴线上对正。在第一种情况下，这使得可将阀24设置在一打开位置，以使燃烧后的气体可排放到壳体16外。在每个塞32b，38b的完全旋转过程中，获得两次此结构。如上所述，当完全打开时，与固定阀体的孔30b对正的两个隔板的截面小于这些孔30b的截面，这意味着所述孔30b的截面不包括在气体通道的截面中。在图4a中所示的第二种情况下，其中隔板60b沿着一垂直于轴线12的轴线对正，留存在气体通道34b中的燃烧后的气体在排放步骤后可通过经由隔板60b和上游孔30b通过而被释放，以随后到达由箭头所表示的壳体16。这尤其通过缺少上游横向密封段以及通过直径大于固定主体的下游孔30b的上游孔30b而实现，上述两种情况表示进气阀22的两种差别。以此方式，上游孔30b的直径大于入口壁18的下游孔30a的直径，这通过提供不同形状的入口壁18和出口壁20来获得，出口壁20没有象入口壁18那样靠近轴线12。此气体的释放使得可获得燃烧后气体的再循环功能，也被称为EGR，用于在上述排放步骤后的燃烧步骤的过程中点燃在壳体16中的混合物。此EGR点燃优选结合在现有技术中已知的传统点燃来进行。现在参考图9A至14，描述在室10中的等容燃烧循环的不同阶段。在此循环过程中，如上所述，驱动装置沿着相反方向将相等的速度应用到阀的球形塞上。而且，在同步的进气阀和排气阀之间存在着相位移，打开和关闭这些阀不同时进行，如图9A至13C中清楚可见。在图14中的图表中，曲线(C1)表示排气阀24的打开截面，因此当它们沿着室的轴线12对正时对应于隔板60b的打开截面。曲线(C2)表示进气阀的打开截面，当它们沿着室的轴线12对正时对应于隔板60a的打开截面。最后，曲线(C3)表示排气阀24的EGR打开截面，当它们沿着垂直于室的轴线12的轴线对正时对应于隔板60b的打开截面。阶段“E”、"A"、"C"分别对应于排放阶段、吸入阶段和燃烧阶段。在图9A至9C中，阀22和24位于用于执行排放阶段的结构中。隔板60b的打开截面为最大，这样，此状态对应于图14中的图表上的时间t1的状态。在此时，阀22刚刚开始打开，以启动一新循环的吸入阶段。因此，隔板60a的通道截面非常小。在图10A至10C中所表示的吸入阶段的中间，隔板60a的打开截面是最大的，这样，此状态对应于在图14中的图表上的时间t2的状态。在此时，阀24几乎完全地关闭，以启动燃烧阶段。因此，隔板60b的通道截面非常小。图11A至11C表示燃烧阶段，在该阶段两个阀22，24关闭。另一方面，排气阀24在EGR结构，即在图4a中所示的状态。这样，原先留存在通道34b中的燃烧后的气体在燃烧壳体中再循环。在此种情况下，EGR打开截面最大，对应于图14中的图表的时间t3。图12A至12C表示恰好在起动排放阶段之前在图14中的图表上的时间t4处的阀。排气阀的隔板60b准备打开，而进气阀22保持在关闭位置。图13A至13C表示在排放阶段过程中，阀返回到它们在图9A至9C中所示的位置。因此，在每个球形塞的半-旋转过程中进行完整的燃烧循环，或者，换句话说，每个球形塞的完全旋转相当于两个完整的燃烧循环。图15表示燃烧室10的第二优选实施例，此第二实施例与第一实施例的不同之处在于，每个阀22，24均不具有两个球形塞，而是只有一个。其形状可与上述外塞38a的形状或内塞32a的形状相同或相似。无论选自此单独塞的形状为何，隔板总是使用在塞中的孔以及使用用作支座的固定主体26a，26b的孔30a，30b来形成。室的其他元件与用于执行燃烧循环的方法均保持不变。最后，图16显示一可选实施例，其中排气阀24具有三-段密封系统，其与第一优选实施例的进气阀的密封系统相同或相似。在此情况下，当单独的球形塞38b具有朝向中心密封件62b与下游横向密封件64b之间的孔40b时，可将之前留存在与上述气体通道34b相当的球体的中空处的燃烧后的气体，经由一个或多个适当的导管70朝向另一个相邻的燃烧室再喷射。这些导管70与穿过主体26b的通道72相连，以在两个密封段64b，62b之间的球形内表面28b处打开。这使得可在相邻燃烧室10中提供EGR功能，所述相邻燃烧室10在实现燃烧循环的过程中优选具有相位移，在此情况下为轻微的延迟。汽缸模块4的所有燃烧室均可以以与图16中所表示的相同的或相似的方式相互连接。显然，本领域的技术人员可对仅作为非限定性例子的上述发明进行不同的修改。