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本发明涉及一种端盖(44)。该端盖包括第一部分(44b)、第二部分(44a)和第三部分(44c)。第一部分包括一环形的、具有中轴线(42)的、截面基本上为矩形的环部。第二部分位于第一部分的径向外侧，第二部分一体地从第一部分垂直伸出。第二部分形成与中轴线对齐的、环形的环部，第二部分的截面基本上为矩形，该截面具有与中轴线平行地测度的第一宽度(96)和与中轴线垂直地测度的第一厚度。第三部分位于第一部分的径向内侧。第三部分一体地、在与所述第二部分相同的方向上从第一部分垂直伸出，第三部分形成一与中轴线对齐的、环形的环部。第三部分的截面基本上为矩形，该第三部分的截面具有与中轴线平行地测度的第二宽度(98)和与中轴线垂直地测度的第二厚度。端盖还包括穿过第一部分延伸的多个穿孔(46)。所述多个穿孔设置成以基本上为圆形的排列图案围绕中轴线，所述多个穿孔中的每一个均具有基本上圆形的形状，该圆形形状具有通常恒定的直径(112)。在任意两个相邻的穿孔之间的角间距(116)基本上相等并小于或等于约45度。

1.  一种端盖(44)，包括：
第一部分(44b)，所述第一部分包括一环形的、具有中轴线(42)的、截面基本上为矩形的环部；
第二部分(44a)，所述第二部分位于所述第一部分的径向外侧，其中：
所述第二部分与所述第一部分是一体的并从所述第一部分垂直伸出；
所述第二部分形成一与所述中轴线对齐的、环形的环部；
所述第二部分的截面基本上为矩形，该第二部分的截面具有与所述中轴线平行地测度的第一宽度(96)和与所述中轴线垂直地测度的第一厚度；
第三部分(44c)，所述第三部分位于所述第一部分的径向内侧，其中：
所述第三部分与所述第一部分是一体的，并在与所述第二部分相同的方向上从所述第一部分垂直伸出；
所述第三部分形成一与所述中轴线对齐的、环形的环部；
所述第三部分的截面基本上为矩形，该第三部分的截面具有与所述中轴线平行地测度的第二宽度(98)和与所述中轴线垂直地测度的第二厚度；以及
多个穿孔(46)，所述多个穿孔穿过所述第一部分延伸并设置成以基本上为圆形的排列图案围绕所述中轴线，其中，所述多个穿孔中的每一个均具有基本上圆形的形状，该基本上圆形的形状具有大体上恒定的直径(112)，在任意两个相邻的穿孔之间的角间距(116)基本上相等并小于或等于约45度。

2.  根据权利要求1所述的端盖，其中，所述大体上恒定的直径在约0.05英寸到0.06英寸之间。

3.  根据权利要求1所述的端盖，其中，所述角间距在约9度到约11度之间。

4.  根据权利要求1所述的端盖，其中，所述圆形排列图案的直径(114)在约3.65英寸到约3.75英寸之间。

5.  根据权利要求1所述的端盖，其中：
所述第一宽度在约0.45英寸到约0.75英寸之间；
所述第二宽度小于所述第一宽度；
所述第二宽度在约0.3英寸到约0.4英寸之间。

6.  根据权利要求1所述的端盖，其中，所述第一部分、第二部分和第三部分由哈氏合金制成。

7.  根据权利要求1所述的端盖，其中，所述第二部分的外径(92)在约4英寸到约4.2英寸之间，所述第三部分的内径(94)在约2.9英寸到约3.5英寸之间。

8.  根据权利要求1所述的端盖，还包括与所述第一部分、第二部分和第三部分中的至少一者相连接的燃料喷射器(26)。

9.  一种运行涡轮发动机(100)的方法，包括：
将燃料与空气混合；
通过喷射器(26)将燃料空气混合物(75)引入燃烧室(28)内；
使燃料空气混合物在燃烧室内燃烧以产生压力波；以及
利用位于所述喷射器的端面(39)上的亥姆霍兹共振器组(70)来衰减所述压力波。

10.  根据权利要求9所述的方法，还包括利用第一空气流来冷却所述燃烧室，利用分离的第二空气流来冷却所述亥姆霍兹共振器组。

具有亥姆霍兹共振器的涡轮发动机燃料喷射器
技术领域
本发明一般地涉及一种燃料喷射器，更具体地涉及一种用于燃气涡轮发动机的、具有亥姆霍兹共振器(Helmholtz resonator)的燃料喷射器。
背景技术
在涡轮发动机的燃烧室内，在某些条件下的燃烧过程中会产生压力或声学振动。该振动处于约二十赫兹到几千赫兹的频率范围内，并会由于燃烧过程中的不稳定性而发生。较低频率的声学振动有时被称为“低频敲击声/颤振”或“嚓嘎声/空爆声”。频率高于约1000赫兹的声学振动通常被称为“尖叫/啸叫”。已经发现尖叫会干扰涡轮发动机的优化运行。尖叫一旦发生就会持续到导致尖叫的能量源消失，或者直到系统变量被改变以将涡轮发动机的运行切换至无尖叫运行范围。然而，改变涡轮发动机的运行特性以消除尖叫可能很困难。由于对各运行特性如何相互作用以产生尖叫的机理知之甚少，所以足够精确地预测系统中的尖叫是极其困难的。因此，通常在燃烧室内设计有益的结构性元件(positive structural means)来衰减高频振动或将其完全抵消。为抑制涡轮发动机的尖叫而设置在燃烧室内的一种结构元件称为亥姆霍兹共振器。
亥姆霍兹共振器基于一种由Hermann von Helmholtz在十九世纪六十年代创造的装置，并依据空腔内的空气共振现象工作。形式最简单的亥姆霍兹共振器由一封闭体积(空腔)构成，该封闭体积包含空气且通过一开口与燃烧室连通。由于燃烧过程而产生的压力波迫使空气进入空腔，从而增大其内部压力。一旦迫使空气进入空腔的外部驱动消失，空腔内的较高的压力便会推动开口附近的一小体积的空气(气塞)返回燃烧室以平衡压力。然而，运动的气塞的惯性将会迫使该气塞以一较小的附加距离进入燃烧室中(超过平衡压力所需的距离)，从而使空腔内的空气稀薄。这时空腔内的低压会将气塞吸回空腔内，从而再次增大空腔内的压力。因此，由于空腔内的空气的弹性，气塞如弹簧上的质量一样振动。该振动的气塞的振幅由于阻尼和摩擦损失而逐步减小。由此，在燃烧室内产生的压力波的能量通过亥姆霍兹共振器内的共振而被耗散。通过将共振器的共振频率与燃烧室外壳的被激励的声学模态相匹配来优化能量耗散。通常，通过改变亥姆霍兹腔和开口的尺寸来实现对亥姆霍兹共振器的频率匹配或“调谐(tuning)”。
通常利用双罩燃烧室/双半球燃烧室(double dome combustionchamber)(燃烧器)的内、外衬套之间的空的空间构成一组亥姆霍兹共振器。在此位置，亥姆霍兹共振器接近燃烧室的产生不稳定性的放热区，因此被适当地定位以便迅速响应于产生的声波。然而，在大多数燃烧室中，还利用衬套之间的空间向燃烧室壁供给冷却空气，而将亥姆霍兹共振器置于该空间内使其成为冷却系统的一部分。然而，在不影响燃烧室的冷却的情况下，作为冷却系统的一部分的亥姆霍兹共振器降低了通过改变空腔和开口的尺寸来调谐亥姆霍兹共振器的能力。该限制削弱了亥姆霍兹共振器在控制尖叫方面的效力。因此期望将亥姆霍兹共振器置于接近放热区的位置，但独立于燃烧室的冷却系统。
于1995年7月11日授予Keller的美国专利NO.5,431,018(‘018专利)中公开了在燃气轮机的燃烧室内的亥姆霍兹共振器的一个实施例。‘018专利的亥姆霍兹共振器设置在供给用于与燃料混合的空气的空气罩(airshroud)的附近。来自空气罩的部分空气通过一入口管被旁通至亥姆霍兹共振器内。亥姆霍兹共振器通过一构造成绕空气罩的环形通道的阻尼管与燃烧室连通。因此，‘018专利公开了一种单个的亥姆霍兹共振器，其由绕各燃料喷射器的空腔形成，并通过绕喷射器的环形开口与燃烧室相连接，同时独立于燃烧室的燃烧室冷却系统。
尽管‘018专利的亥姆霍兹共振器可与燃烧室冷却系统分离，但可能与燃料喷射器的空气流相关联。因此，响应于涡轮发动机的改变的输出要求而对穿过燃料喷射器的空气流进行的改变会影响该共振器的效力。另外，为与涡轮发动机的固有频率相匹配而对‘018专利的共振器进行的调谐可能会涉及到重新设计环形通道和/或燃料喷射器。通常，将亥姆霍兹共振器调谐至适当的频率是一个试错/反复试验的过程，该过程可能包含利用多个共振器的构型(空腔体积、连接空腔与燃烧室的开口尺寸等)的多个试验。因此，在开发系统时能够容易地试验不同的共振器构型是有利的。
本发明的目的在于克服上述缺点中的一个或多个。
发明内容
一方面，(本发明)公开了一种端盖。该端盖包括第一部分、第二部分和第三部分。第一部分包括一环形的、具有中轴线的、截面基本上为矩形的环部。第二部分位于第一部分的径向外侧。第二部分与第一部分是一体的并从第一部分垂直伸出。第二部分具有一与所述中轴线对齐的、环形的环部。第二部分的截面基本上为矩形，该第二部分的截面具有与所述中轴线平行地测度的第一宽度和与所述中轴线垂直地测度的第一厚度。第三部分位于第一部分的径向内侧。第三部分与第一部分是一体的，并在与第二部分相同的方向上从第一部分垂直伸出。第三部分具有一与所述中轴线对齐的、环形的环部。第三部分的截面基本上为矩形，该第三部分的截面具有与所述中轴线平行地测度的第二宽度和与所述中轴线垂直地测度的第二厚度。端盖还包括穿过第一部分延伸的多个穿孔。所述多个穿孔设置成以基本上为圆形的排列图案围绕中轴线，所述多个穿孔中的每一个均具有基本上圆形的形状，该基本上圆形的形状具有通常恒定的直径。在所述多个穿孔中的任意两个相邻的穿孔之间的角间距基本上相等并小于或等于约45度。
另一方面，(本发明)公开了一种运行涡轮发动机的方法。所述方法包括将燃料与空气混合；通过喷射器将燃料空气混合物引入燃烧室内；使燃料空气混合物在燃烧室内燃烧以产生压力波。所述方法还包括利用位于喷射器的端面上的亥姆霍兹共振器组来衰减压力波。
另一方面，(本发明)公开了一种用于涡轮发动机的燃料喷射器。所述燃料喷射器包括具有一纵轴线的体部件，以及位于所述体部件的径向外侧的套筒部件(barrel member)。所述套筒部件包括一暴露于涡轮发动机的燃烧室的端面。所述燃料喷射器还包括与所述套筒部件相连接的端盖。所述端盖和所述端面形成一亥姆霍兹共振器组。
另一方面，(本发明)公开了一种用于涡轮发动机的燃料喷射器的端盖。所述端盖包括一具有多个穿孔的、环形的第一表面。所述环形的第一表面暴露于所述涡轮发动机的燃烧室。所述端盖构造成与所述燃料喷射器的端面相连接以限定一封闭的空腔，其中，所述封闭的空腔和所述多个穿孔形成一亥姆霍兹共振器组。
另一方面，(本发明)公开了一种用于涡轮发动机的燃料喷射器的构件。所述构件具有一纵轴线和位于所述纵轴线的径向外侧的套筒部件。所述套筒部件包括暴露于所述涡轮发动机的燃烧室的端面。所述构件还包括与所述套筒部件相连接的端盖。所述端盖和所述端面形成一亥姆霍兹共振器组。所述亥姆霍兹共振器组包括暴露于所述燃烧室的多个穿孔。所述多个穿孔中的每一个均具有一与所述纵轴基本上平行的中轴线。
附图说明
图1是示例性公开的涡轮发动机的剖视图；
图2是连接到图1的涡轮发动机的燃烧室的示例性公开的燃料喷射器的剖视图；
图3是与图2的燃料喷射器的端面相连接的端盖的放大剖视图；
图4A是图3的端盖的剖面图；
图4B是图3的端盖的端视图；
图5是图3的喷射器的剖面图；以及
图6是由图1的涡轮发动机执行的燃烧过程的示意图。
具体实施方式
图1示出一示例性的涡轮发动机10。涡轮发动机10可与一固定机械或移动机械相连接。例如，涡轮发动机10可以用于在气体运输操作中驱动压缩机，或用作产生电力的发电机的动力源。涡轮发动机10还可选择是车辆的原动机。涡轮发动机10可包括压缩机部分12、燃烧器部分14、涡轮部分16和排气部分18等。应指出，在本文的讨论中将仅讨论涡轮发动机10及其部件的对于说明本发明的具有亥姆霍兹共振器的燃料喷射器所需的方面。
压缩机部分12可以包括用于压缩进气的旋转部件。具体地，压缩机部分12可以包括围绕中心轴24固定连接的一系列旋转压缩机叶片22。当中心轴24旋转时，压缩机叶片22可将空气吸入涡轮发动机10并压缩所述空气。然后向燃烧器部分14引导该被压缩的空气以使之与液态和/或气态的燃料相混合。设想压缩机部分12还可以包括与中心轴24分离的、在涡轮发动机10运行期间保持静止的压缩机叶片(未图示)。
燃烧器部分14可将燃料与来自压缩机部分12的压缩空气混合并燃烧混合物。具体地，燃烧器部分14可包括多个围绕中心轴24环形布置的燃料喷射器26以及一与燃料喷射器26相关联的环形燃烧室28。各燃料喷射器26可向来自压缩机部分12的压缩空气流喷射液态和/或气态燃料用以在燃烧室28内进行点燃。当燃料空气混合物燃烧时，燃烧室28内的气体被加热。这些热气体便会膨胀并以高速运动到涡轮部分16中。热气体可以继续在涡轮部分16内膨胀并转动涡轮轴以产生机械动力。尽管图1描述了一环形燃烧室，但本发明的实施例也可以用在其他类型的燃烧室中，例如，罐式(can type)燃烧室。
图2是安装在燃烧室28上的燃料喷射器26的剖视图。如图2所示，燃料喷射器26可包括相互配合以将气态和/或液态的燃料喷射到燃烧室28内的部件。具体地，燃料喷射器26包括一套筒壳体套筒部件34，该套筒壳体可形成(或者可被连接到)用于使燃料空气混合物与燃烧室28连通的混合管道37。套筒壳体34可包括一端面39。端面39可以与燃烧室28相接，以使中心开口52将套筒壳体34与燃烧室28流体连通。燃料喷射器26还可以包括一中心体36，该中心体36还具有一导向燃料喷射器38等。中心体36可设置在套筒壳体34的径向内侧并沿公共轴线42对齐。导向燃料喷射器38可设置在中心体36内并构造成将加压燃料喷入燃烧室28中。空气旋流器(swirler)35可引起来自压缩机部分12(图1所示)的压缩空气的旋流并将其引导到套筒壳体34。混合管道37可将压缩空气与燃料混合，并将燃料空气混合物从燃料喷射器26引导到燃烧室28中。
图3示出套筒壳体34的放大局部，其中具体示出了端面39。在某些实施例中，端面39可以形成一阶梯部分并包括第一元件39a和第二元件39b。在某些实施例中，第一元件39a可以基本上垂直于第二元件39b，使得端面39的截面形成“L”形。然而可以设想到第一元件39a可与第二元件39b形成任意角度。还可以设想端面39可以包括一附加元件。例如，端面39可以包括一与第一元件39a基本上垂直的附加元件。在这种实施形式中，端面39可以具有类似“C”形的截面。
在端面39上可连接一环形端盖44。端盖44可以由任意适合使用的材料制成。在某些实施例中，端盖44可以由高强度的镍基抗腐蚀合金制成，比如哈氏合金图4A和4B分别示出示例性端盖44的剖面图和端视图。端盖44可以与端面39相连接并类似于一具有外径92和内径94的环。外径92和内径94可以是适于应用的任意值。在某些实施例中，外径92的尺寸范围可为从约1英寸到约6英寸，内径94的尺寸范围可为从约半英寸到约5英寸。图4A的剖面图示出的端盖44可具有多个元件，例如第三元件44a、第四元件44b和第五元件44c。在某些实施例中，在第四元件44b将第三元件44a与第五元件44c分离的情况下，第三元件44a可设置在第五元件44c的径向外侧。在这些实施例中，第三元件44a可基本上平行于第五元件44c并基本上垂直于第四元件44b。在某些实施例中，第三元件44a的宽度96可大于第五元件44c的宽度98。在本实施例中，第四元件44b的宽度102可使得端盖44的截面类似于一“C”形通道，其中第三元件44a和第五元件44c分别形成径向内、外侧的平行表面而第四元件44b形成周向连接结构。第三元件宽度96、第四元件宽度102和第五元件宽度98都可以是适合实际应用的任何值。可以设想端盖44可包括不同数量的元件和/或端盖44的元件可以以其他方式布置。
可将端盖44的一些或全部边缘倒角以减少应力集中。倒角的边缘可以包括平面或曲面以使两个表面的分界面平滑。例如，第三元件44a的外边缘可以包括第一倒角106。在另一实施例中，在第三元件44a与第四元件44b之间的内边缘可以包括一第二倒角108。在某些实施例中，在第四元件44b与第五元件44c之间的内边缘也可以包括第二倒角108。
端盖44可以包括例如在第四元件44b内的多个穿孔46。这些穿孔46可以完全贯通第四元件44b。在一已连接的构型中，穿孔46可以围绕中心开口52环形分布，其中各穿孔46的中轴线48平行于一公共轴线42。在某些实施例中，穿孔46和中心开口52可以位于一基本上垂直于公共轴线42的公共平面上。在某些实施例中，穿孔46可以均为具有穿孔直径112的、基本上的圆形形状，中轴线48经过每个穿孔46的中心。可以以具有排列直径114的圆形图案将这些穿孔46环形地分布在环形的第四元件44b上，任意两个相邻的穿孔之间的角间距116基本上相等。尽管穿孔直径112、排列直径114和角间距116可以为任意值，但在某些实施例中，穿孔直径112可在约0.005英寸到0.5英寸间变化，排列直径114可在约1英寸到约5英寸间变化，角间距116可在约2度到约45度间变化。在某些实施例中，可以通过机加工在端盖44上形成多个穿孔46。然而，可设想采用任何加工方法来形成穿孔46。
图5示出与套筒壳体34的端面39相连接的端盖44的剖面图。在某些实施例中，可将端盖44连接到端面39上以使端盖44和端面39的一个或多个元件封闭并限定一空腔50。也就是说，端盖44和端面39的元件可以形成空腔50的外壁。在已连接的构型中(如图5所示)，第三元件44a可以设置在第一元件39a的径向外侧；第五元件44c可以平行于第二元件39b并设置在第二元件39b的径向外侧；第四元件44b可平行于端面39的第一元件39a并与该第一元件39a分离。在该实施例中，第一元件39a和第四元件44b可以形成空腔50的相对的壁，第五元件44c和第三元件44a也可以形成空腔50的相对的壁。
设想可以以不同的方式限定空腔50。例如，可将仅具有一个元件的端盖44与构造成基本上C形的、具有三个元件的端面39相连接以限定空腔50。类似地，可将具有两个垂直元件的端盖44与一具有两个相对的垂直元件的端面39相连接以限定空腔50。还可以设想完全在端盖44内封闭空腔50。在该实施例中，端盖44可以包括四个元件，这四个元件包围并形成中空的环形空腔50的边界壁。这些另外的实施例仅是示例性的，空腔50可以以任意的方式由端面39和端盖44限定。
空腔50可以具有任意截面形状和尺寸。在某些实施例中，空腔50可以围绕公共轴线42环形设置并具有矩形截面，该矩形截面的截面宽度120平行于公共轴线42测度，该矩形截面的截面厚度122垂直于公共轴线42测度。截面宽度120和截面厚度122可以是任意值，可以取决于端面39和端盖44的尺寸。在某些实施例中，截面宽度120可在约0.05英寸到约0.5英寸间变化，截面厚度可在约0.05英寸到约1英寸间变化。
在一示例性应用中，端盖44可具有约4.0英寸到约4.2英寸的外径92和约2.9英寸到约3.0英寸之间的内径94。在该应用中，为了有效地衰减尖叫，端盖44可以(在第四表面44b上)具有围绕中轴线42环形分布的多个穿孔46，其中角间距116在约9度到约11度之间。各穿孔可在端盖的第四表面44b上形成一圆形图案，其中排列直径114在约3.65英寸到约3.75英寸之间。每个穿孔46的穿孔直径112可以在约0.05英寸到约0.06英寸之间。该应用中的端盖44可以与端面39相连接以围出一空腔50，该空腔具有约0.15英寸到约0.25英寸之间的截面宽度120和约0.3英寸到约0.4英寸之间的截面厚度122。
在第二个示例性应用中，可将一具有在约4.0英寸到约4.2英寸之间的外径92以及在约3.0英寸到约3.5英寸之间的内径94的端盖44与一端面39相连接以封闭一空腔50。在该第二示例性应用中的空腔50可具有在约0.2英寸到约0.25英寸之间的截面宽度120和在约0.1英寸到约0.2英寸之间的截面厚度。在本实施例中，为了有效地衰减尖叫，端盖44也可以具有多个穿孔46，所述穿孔的穿孔直径122、角间距116和排列直径144分别与上一实施例中相同。
可将端盖44可拆下地或固定地连接到端面39上。在某些实施例中，可以使用硬焊、软焊或焊接将端盖44固定连接到端面39上。在端盖44与端面39的连接涉及硬焊的实施例中，可使用设置在端盖44与端面39之间的界面的不同位置处的钎料118来执行硬焊。可以设想，在某些实施例中，可以使用粘合剂来连接端盖44和端面39。在某些实施中，可将端盖44过盈装配到端面39上或内。还可以设想，可以采用螺纹紧固件将端盖44连接到端面39。在其他实施例中，可对端盖44和端面39的配合面、例如第二元件39b和第五元件44c攻螺纹。在这些实施例中，接合螺纹可以将这些元件连接在一起。
端面39的与端盖44的表面相配合的一个或多个表面、例如第二元件39b可以包括一个或多个槽32或缺口，所述槽或缺口构造成接纳O型圈或其他密封件。尽管图5仅示出在第二元件39b上的槽32，但可以设想端面39的其他配合表面也具有槽。替代或附加地，端盖44的与端面39表面配合的表面也可具有槽32以容纳密封件。在这些实施例中，这些密封件可以在各配合表面之间保持基本气密的密封。
端面39的第一元件39a还包括多个净化孔/清除孔56。每个净化孔56可以具有圆形的截面形状，其中轴线58穿过该圆形的圆心。在某些实施例中，每个净化孔56的轴线58都平行于公共轴线42。净化孔56也可以环形地围绕公共轴线42设置。可以在端面39上设置任意尺寸、任意数量的净化孔56。净化孔56可将空腔50与燃料喷射器26外的区域流体连通，并可被构造成将冷却空气导入空腔50。穿孔46可将封闭的空腔50与燃烧室28流体连通以允许冷却空气进入燃烧室28。
空腔50与各穿孔46一起可用作围绕各燃料喷射器26的中心开口52设置的一亥姆霍兹共振器组70。该亥姆霍兹共振器组70可以消除或削弱(“衰减”)在燃烧室28内在燃烧期间由于所产生的不稳定性而发生的尖叫。可以调整空腔50和穿孔46的大小以衰减特定频率或频率范围(阻尼频率)的尖叫。净化孔56可以用冷却空气来净化空腔50，以降低由温度引起的阻尼频率的变化。
图6是在燃烧室28内发生的燃烧的示意图。燃烧室28可以围绕中心轴24环形设置，并由环形的双层内衬60包围。环形双层内衬60可以包围内层64和外层62之间的空间。可以使冷却空气流72穿过在内层64与外层62之间的空间以冷却燃烧室28的壁。燃烧室28可以接收来自各燃料喷射器26的、基本均匀的、燃料和空气的混合物(燃料空气混合物75)。来自燃料喷射器26的燃料空气混合物75的旋流可在燃烧室28内建立一种再循环的形式。燃料空气混合物75可以被点燃并在燃烧室28内完全燃烧。随着燃料空气混合物75的燃烧，在燃料喷射器26的喷嘴附近可形成一放热区80。燃烧过程的能量的主要部分会在放热区80释放以使燃烧室28内的气体受热和膨胀。这些热膨胀气体可从燃烧室28排出，并进入涡轮部分16(图1)。
在燃烧室28内进行的燃烧过程会产生通过压力和声学振动(压力波)表现出的不稳定性。当振动频率与燃烧室28的声学模态耦合时，产生的结构振动可能损害涡轮发动机10。靠近燃烧室28的放热区80的亥姆霍兹共振器组70可以帮助衰减在接近燃烧室28的声学模态的频率下产生的振动。
工业实用性
所公开的设有相应的亥姆霍兹共振器的燃料喷射器可应用于任意期望降低涡轮发动机内的振动的涡轮发动机。尽管特别适用于NOx排放低的发动机，但公开的燃料喷射器也可用于任意涡轮发动机，而与发动机的排放无关。所公开的设有相应的亥姆霍兹共振器的燃料喷射器可以通过声学上削弱在涡轮发动机的燃烧室内自然发生的压力波动来减少振动。下面说明涡轮发动机的设有亥姆霍兹共振器的燃料喷射器的工作方式。
在涡轮发动机10运行期间，空气被吸入涡轮发动机10并被压缩机部分12(见图1)压缩。然后通过燃料喷射器26将被压缩的空气导入燃烧器部分14。当压缩空气穿过套筒壳体34流到燃烧室28时，可喷射燃料并使之与压缩空气混合(见图2)。然后，燃料空气混合物75可进入燃烧室28。
随着燃料空气混合物75进入燃烧室28，可将其点燃并完全燃烧。燃烧过程中的能量释放可加热燃烧室28和燃烧室内的气体。可使冷却空气流72保持穿过在内层64与外层62之间的空间以使燃烧室28的壁保持冷却。净化孔56可还允许冷却空气进入空腔50。燃烧过程可使热膨胀的废气流入涡轮部分16(见图1)，在该涡轮部分可将燃烧气体的能量转化为涡轮转子叶片和中心轴24的旋转能量。燃烧过程还可以使引起燃烧室28内的压力波的不稳定性上升。这些压力波可以是具有相继的压缩区(高气压区)和稀薄区(低气压区)的纵波，并会导致尖叫。压力波可在燃烧室28内在所有方向上传播，并可被双层内衬60的内层64反射。
压力波还会冲击在形成于燃料喷射器26的端部的亥姆霍兹共振器组70上。当压力波的压缩区冲击形成共振器的一部分的第四元件44b时，可迫使少量的空气穿过穿孔46进入空腔50，从而增大内部的压力。当压力波的稀薄区冲击该表面时，推动空气进入空腔50的驱动力减小，来自空腔50内的压力较高的空气穿过穿孔46流回燃烧室28中。由于流出的空气的动量，该流出持续并经过压力平衡点，从而使空腔50内的压力较低。这种压力不平衡将空气吸回空腔50中，这一过程重复进行。在重复流入和流出期间的摩擦损失和其他损失逐渐地耗散压力波的能量，从而衰减压力波。空腔50和穿孔46的尺寸可设计成衰减具有接近燃烧室28声学模态的频率范围的压力波。可以通过改变倒角50的尺寸、穿孔46的尺寸和/或穿孔46的数量来修改亥姆霍兹共振器组70以衰减不同频率的压力波(调谐)。在应用中，具有亥姆霍兹共振器70的燃料喷射器26可以单独使用，也可以与形成在双层内衬60上的常规亥姆霍兹共振器一起使用，以削弱尖叫。
由于对本发明的亥姆霍兹共振器组70的调谐可以仅涉及对端盖44的修改，所以这种调谐可以很快地实现。由于仅须替换端盖44，因此还可以减少调谐亥姆霍兹共振器组70所涉及的涡轮发动机停机时间和费用。另外，使亥姆霍兹共振器组70位于燃料喷射器26的排出侧可将共振器定位得靠近产生不稳定性的能量源，从而提高其效率。
由于可与位于燃烧室的壁内的常规共振器一起使用具有亥姆霍兹共振器组70的燃料喷射器26，该构型会提高常规的尖叫消除机构的有效性。另外，由于亥姆霍兹共振器组70可位于燃烧室冷却空气供给路径外，所以共振器在削弱尖叫方面的有效性会更高。还可以通过改变空腔50的尺寸而在不明显影响对燃烧室28的冷却的情况下调谐共振器。
公开的燃料喷射器的各种变形和改变对于本领域技术人员而言均是显而易见的。在考虑说明书并对公开的燃料喷射器进行实践的情况下，其他实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。说明书和各实施例仅应视为是示例性的，而本发明的实际范围则由以下权利要求及其等效方案限定。