一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室的制作方法

[0001]
本发明涉及航空发动机技术领域，具体为一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室。


背景技术：

[0002]
随着20世纪60年代后期涡扇发动机的快速发展以及70年代变循环发动机的出现，加力燃烧室作为一项重要技术用来增强发动机的机动性。它的作用主要是用在军用发动机上加大发动机推力并且增强飞机机动性。对于大部分发动机而言，接通加力后，推力比最大状态下的推力增加50％左右，因接通加力后耗油率较高，所以仅在军用飞机起飞、爬升和战斗中急剧加速的状态下工作。
[0003]
加力燃烧室位于涡轮与尾喷管之间，从涡轮排出的高温燃气经过扩压，与喷油装置喷入的燃油进行掺混，并在火焰稳定器的尾部点火燃烧，最终热量向后传播，通过喷管释放能量产生推力。
[0004]
由于在不开加力时，火焰稳定器、供油以及点火装置并不工作，这便会造成较大的流阻损失，产生无效阻力。因此，在保证稳定燃烧的前提下，考虑加力燃烧室中将供油装置与火焰稳定器进行一体化设计，从而减少在不接通加力状态时各部分的流阻系数以减小流体阻力。同时，可以减少加力燃烧室的长度以及重量，提高发动机的推重比。加力燃烧室中的燃油雾化效果以及燃油喷射方式对加力燃烧室的燃烧效率和燃烧稳定性起着至关重要的作用，而对燃油进行预热雾化，可以使其与燃气掺混均匀，提高燃烧的稳定性以及燃烧效率。


技术实现要素：

[0005]
要解决的技术问题
[0006]
加力燃烧室目前还存在着一些问题，如“冷态”时，加力燃烧室内的流阻损失过大。而将加力燃烧室进行一体化设计，可以减少加力燃烧室内的复杂结构，降低“冷态”流阻损失，缩短加力燃烧室长度，减轻重量，从而提高推重比。通过开设进气凹槽将加力燃烧室内的高温燃气的热量传递给低温燃油，可以对燃油进行蒸发预热，提高燃烧效率。
[0007]
技术方案
[0008]
本发明提出的一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室，其基本结构是：在加力燃烧室的加力内锥中心开设燃油通道，在加力内锥的尾部开设直射式或离心式燃油喷口进行燃油喷射。加力内锥与中心环形火焰稳定器通过径向火焰稳定器相连，连接机构和环形火焰稳定器内部为中空燃油通道，在中心环形火焰稳定器的尾部均匀开设有直射式燃油喷口。这样便构成了一种双油路的喷射方式，这样做的优点在于双油路喷射可以较好地将燃油与空气混合，增强雾化掺混，同时还可以拓宽发动机的供油范围。在加力内锥的内部均匀开设有进气凹槽，由涡轮排出的高温燃气通过进气凹槽进入到加力内锥对内部燃油通道内的燃油进行蒸发雾化，并吸收热量，提高燃油的雾化效果进而提高燃烧效率，同
时可以减轻加力燃烧室的重量，提高推重比。同时来流气体进入到进气凹槽后速度降低，达到稳定火焰的效果。中心环形火焰稳定器的两侧通过含有燃油通道的径向火焰稳定器连接两个对称的小环形稳定器，在两个小环形火焰稳定器的尾部也开设有直射式燃油喷口。径向火焰稳定器尾部均开设有直射式燃油喷孔，通过合理的控制上述喷孔喷油，实现从小加力至最大加力的工况过程，实现不同的加力比。上述的径向火焰稳定器均为错位分布，以达到形成低速回流区稳定火焰的作用。
[0009]
可见，本发明的主要的结构特征及优选特征包括加力内锥进气凹槽形式、加力内锥与火焰稳定器内的燃油通道分布形式、火焰稳定器尾部的燃油喷射孔和加力内锥尾部的燃油喷射孔分布方式、径向火焰稳定器与环形火焰稳定器的设计以及不同加力工况下，燃油喷射孔的打开方式。
[0010]
具体本发明的技术方案为：
[0011]
一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室，包括加力内锥、中心环形火焰稳定器、外侧环形火焰稳定器、内侧环形火焰稳定器和径向火焰稳定器；
[0012]
所述加力内锥中心轴线布置在加力燃烧室机匣中心轴线位置；加力内锥前部具有若干进油口，加力内锥侧面和后端具有多个出油口；在加力内锥内部具有若干条连通进油口与出油口的燃油通道；在加力内锥后端的出油口为燃油喷射孔；
[0013]
所述加力内锥侧壁上开有顺来流方向的进气凹槽，进气凹槽与加力内锥内部燃油通道位置对应，能够利用进气凹槽中的高温燃气将加力内锥内部燃油通道中的燃油进行蒸发雾化；
[0014]
所述中心环形火焰稳定器布置在加力内锥沿来流方向的后侧，且中心环形火焰稳定器中心轴线布置在加力燃烧室机匣中心轴线位置；所述中心环形火焰稳定器内部具有燃油通道，所述中心环形火焰稳定器的燃油通道进油口与加力内锥侧面出油口之间通过多个含燃油通道的径向火焰稳定器固定连接，且连通燃油通路；所述中心环形火焰稳定器在侧壁上具有出油口，在背向来流方向的后端面上具有若干均匀分布的燃油喷射孔；
[0015]
所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器布置在中心环形火焰稳定器沿来流方向的后侧，外侧环形火焰稳定器和的半径大于中心环形火焰稳定器半径，内侧环形火焰稳定器半径小于中心环形火焰稳定器半径，且外侧环形火焰稳定器以及内侧环形火焰稳定器的中心轴线均布置在加力燃烧室机匣中心轴线位置；所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器内部具有燃油通道，所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器的燃油通道进油口与中心环形火焰稳定器侧面出油口之间通过多个含燃油通道的径向火焰稳定器固定连接，且连通燃油通路；所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器在背向来流方向的后端面上具有若干均匀分布的燃油喷射孔；
[0016]
所述外侧环形火焰稳定器的侧壁与加力燃烧室机匣通过承力支架固定连接；
[0017]
所述径向火焰稳定器在背向来流方向的后端面上具有若干均匀分布的燃油喷射孔。
[0018]
进一步的，进油口数量与加力内锥侧面出油口数量相同，进油口之后具有独立的燃油通道，独立的燃油通道在加力内锥内部汇合后，再分为多路独立燃油通道，连通加力内锥侧面和后端的出油口。
[0019]
进一步的，所述进气凹槽在加力内锥侧壁面上具有进气口和出气口，进气口和出
气口之间形成气流通道；所述进气凹槽的个数与加力内锥进油口个数相同，进气凹槽与进油口之后的独立燃油通道以及连通加力内锥侧面出油口的独立燃油通道一一对应，且进油口之后的独立燃油通道以及连通加力内锥侧面出油口的独立燃油通道与其对应的气流通道之间的距离10mm-20mm。
[0020]
进一步的，所述进气凹槽在加力内锥侧壁面上的出气口位于对应的加力内锥侧面出油口在来流方向的前侧。
[0021]
进一步的，所述中心环形火焰稳定器、外侧环形火焰稳定器以及内侧环形火焰稳定器朝向来流方向的一端均为光滑曲面，在背向来流方向的一端为内凹面。
[0022]
进一步的，在加力内锥后端的燃油喷射孔分为处于加力内锥轴线位置的加力内锥中心大燃油喷射孔，以及围绕中心轴线环形阵列分布的多个加力内锥燃油喷射孔。
[0023]
进一步的，所述径向火焰稳定器为三棱块状结构，其朝向来流方向劈尖，背向来流方向具有若干均匀分布的燃油喷射孔，两端具有燃油进口或出口。
[0024]
进一步的，所有径向火焰稳定器在圆周方向上均间隔错位分布。
[0025]
进一步的，加力内锥前端进油口直径为8mm-15mm；加力内锥前端进油口到加力内锥侧面出油口的燃油通道直径为8mm-15mm，长度为100mm-400mm；加力内锥中心大燃油喷射孔直径为2mm，围绕中心轴线环形阵列分布的加力内锥燃油喷射孔数量为14-19个，直径为0.5mm-2mm；径向火焰稳定器尾部均匀分布两列燃油喷射孔，喷射孔直径为0.5mm-1.5mm，每列燃油喷射孔数量为6-10个；中心环形火焰稳定器尾部燃油喷射孔直径为0.5mm-2mm，两侧环形火焰稳定器燃油喷射孔的直径为0.5mm-1.5mm，燃油喷射孔沿环形火焰稳定器圆周方向环形分布两环，每环喷射孔数量为60-100个；
[0026]
加力内锥与中心环形火焰稳定器相连的径向火焰稳定器的最大厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，高度为250mm-400mm；中心环形火焰稳定器与两侧对称的小环形火焰稳定器之间的径向火焰稳定器的最大厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，高度为150mm-300mm；
[0027]
中心环形火焰稳定器厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为200mm-350mm，直径为600mm-800mm，外侧环形火焰稳定器厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，直径为800mm-1000mm，内侧环形火焰稳定器厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，直径为400mm-600mm。
[0028]
进一步的，根据不同的加力工况需要，能够独立控制各个火焰稳定器尾部的燃油喷射孔喷油。
[0029]
有益效果
[0030]
本发明提出了一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室，其有益效果为：采用双油路的喷射方式，可以较好地将燃油与空气混合，增强雾化掺混，同时还可以拓宽发动机的供油范围；在加力内锥开设进气凹槽，可以对加力内锥内与进气凹槽贴近的燃油通道内的燃油进行蒸发雾化，并吸收热量，能够有效地提高燃油的雾化效果进而提高燃烧效率，同时可以减轻加力燃烧室的重量，提高推重比；同时在进气凹槽后设置径向火焰稳定器使得来流气体进入到进气凹槽后速度降低，达到稳定火焰的效果；通过合理的控制径向与环形火焰稳定器尾部喷孔喷油，可实现从小加力至最大加力的工况过程，实现不同的加力比；径向火焰稳定器之间错位分布，以达到形成低速回流区稳定火焰的作用。
[0031]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0032]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0033]
图1：预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室二维剖面示意图
[0034]
图2：预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室的左视图
[0035]
图3：单个径向火焰稳定器示意图
[0036]
图4：单个环形火焰稳定器示意图
[0037]
图5：加力内锥示意图
[0038]
图6：加力内锥剖面示意图
[0039]
图1中：1-加力内锥、2-进气凹槽、3-燃油通道、4-径向火焰稳定器、5-中心环形火焰稳定器、6-内侧环形火焰稳定器、7-外侧环形火焰稳定器、8-机匣、9-承力支架、10-加力内锥中心大燃油喷射孔
[0040]
图2中：4-径向火焰稳定器、5-中心环形火焰稳定器、6-内侧环形火焰稳定器、7-外侧环形火焰稳定器
[0041]
图3中：11-径向火焰稳定器燃油喷射孔
[0042]
图4中：12-环形火焰稳定器燃油喷射孔
[0043]
图5中：1-加力内锥、2-进气凹槽、10-加力内锥中心大燃油喷射孔、13—加力内锥燃油喷射孔、14—与径向火焰稳定器连接处的燃油通道
[0044]
图6中：2-进气凹槽、3-燃油通道
具体实施方式
[0045]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0046]
本实施例中的一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室，包括加力内锥、中心环形火焰稳定器、外侧环形火焰稳定器、内侧环形火焰稳定器和径向火焰稳定器。
[0047]
所述加力内锥中心轴线布置在加力燃烧室机匣中心轴线位置；加力内锥前部均匀布置有4个进油口，加力内锥侧面具有4个出油口，在加力内锥后端具有燃油喷射孔；加力内锥进油口之后具有独立的燃油通道，4个独立的燃油通道在加力内锥内部汇合后，再分为5路独立燃油通道，连通加力内锥侧面4个出油口和后端的燃油喷射孔。
[0048]
本实施例中，在加力内锥后端的燃油喷射孔分为处于加力内锥轴线位置的加力内锥中心大燃油喷射孔，以及围绕中心轴线环形阵列分布的多个加力内锥燃油喷射孔。具体的，加力内锥前端进油口直径为8mm-15mm；加力内锥前端进油口到加力内锥侧面出油口的燃油通道直径为8mm-15mm，长度为100mm-400mm；加力内锥中心大燃油喷射孔直径为2mm，围绕中心轴线环形阵列分布的加力内锥燃油喷射孔数量为14-19个，直径为0.5mm-2mm。
[0049]
所述加力内锥侧壁上开有顺来流方向的进气凹槽，进气凹槽与加力内锥内部燃油通道位置对应，能够利用进气凹槽中的高温燃气将加力内锥内部燃油通道中的燃油进行蒸
发雾化。
[0050]
具体的，如图5所示，本实施例中的进气凹槽内埋在加力内锥内部，即进气凹槽在加力内锥侧壁面上具有进气口和出气口，进气口和出气口之间形成气流通道。所述进气凹槽的个数与加力内锥进油口个数相同，均为4个，进气凹槽与进油口之后的独立燃油通道以及连通加力内锥侧面出油口的独立燃油通道一一对应，之间的距离为10mm-20mm，这样每个进气凹槽就能够对一条由进到出的独立燃油通道内的燃油进行蒸发雾化。
[0051]
而且所述进气凹槽在加力内锥侧壁面上的出气口位于对应的加力内锥侧面出油口在来流方向的前侧，由于加力内锥侧面出油口位置连接径向火焰稳定器，即进气凹槽后紧跟径向火焰稳定器，从流场上可以实现使来流气体进入到进气凹槽后速度降低，也能达到稳定火焰的效果。
[0052]
所述中心环形火焰稳定器布置在加力内锥沿来流方向的后侧，且中心环形火焰稳定器中心轴线布置在加力燃烧室机匣中心轴线位置；所述中心环形火焰稳定器内部具有燃油通道，所述中心环形火焰稳定器的燃油通道进油口与加力内锥侧面出油口之间通过4个含燃油通道的径向火焰稳定器固定连接，且连通燃油通路；中心环形火焰稳定器朝向来流方向的一端均为光滑曲面，在背向来流方向的一端为内凹面；所述中心环形火焰稳定器在侧壁上具有出油口，在背向来流方向的后端内凹面上具有若干均匀分布的燃油喷射孔。
[0053]
所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器布置在中心环形火焰稳定器沿来流方向的后侧，外侧环形火焰稳定器和的半径大于中心环形火焰稳定器半径，内侧环形火焰稳定器半径小于中心环形火焰稳定器半径，且外侧环形火焰稳定器以及内侧环形火焰稳定器的中心轴线均布置在加力燃烧室机匣中心轴线位置；所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器内部具有燃油通道，所述外侧环形火焰稳定器和内侧环形火焰稳定器的燃油通道进油口与中心环形火焰稳定器侧面出油口之间各通过4个含燃油通道的径向火焰稳定器固定连接，且连通燃油通路；外侧环形火焰稳定器以及内侧环形火焰稳定器朝向来流方向的一端均为光滑曲面，在背向来流方向的一端为内凹面，内凹面上具有若干均匀分布的燃油喷射孔。
[0054]
所述外侧环形火焰稳定器的侧壁与加力燃烧室机匣通过承力支架固定连接。
[0055]
本实施例中，中心环形火焰稳定器厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为200mm-350mm，直径为600mm-800mm，外侧环形火焰稳定器厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，直径为800mm-1000mm，内侧环形火焰稳定器厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，直径为400mm-600mm。
[0056]
中心环形火焰稳定器尾部燃油喷射孔直径为0.5mm-2mm，两侧环形火焰稳定器燃油喷射孔的直径为0.5mm-1.5mm，燃油喷射孔沿环形火焰稳定器圆周方向环形分布两环，每环喷射孔数量为60-100个。
[0057]
如图3所示，所述径向火焰稳定器为三棱块状结构，其朝向来流方向劈尖，背向来流方向具有若干均匀分布的燃油喷射孔，两端具有燃油进口或出口。
[0058]
本实施例中，加力内锥与中心环形火焰稳定器相连的径向火焰稳定器的最大厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，高度为250mm-400mm；中心环形火焰稳定器与两侧对称的小环形火焰稳定器之间的径向火焰稳定器的最大厚度为20mm-40mm，沿来流方向的宽度为100mm-250mm，高度为150mm-300mm。
[0059]
共计12个径向火焰稳定器在圆周方向上均匀间隔错位分布，以达到形成低速回流区稳定火焰的作用，那样相邻两个径向火焰稳定器沿径向的圆心角为30
°
[0060]
所述径向火焰稳定器在背向来流方向的后端面上均匀分布两列燃油喷射孔，喷射孔直径为0.5mm-1.5mm，每列燃油喷射孔数量为6-10个。
[0061]
根据不同的加力工况需要，能够独立控制各个火焰稳定器尾部的燃油喷射孔喷油；通过合理的控制火焰稳定器尾部的喷油孔喷油，实现从小加力至最大加力的工况过程，实现不同的加力比。
[0062]
本实施例提供的一种预热双油路环形火焰稳定器的一体化加力燃烧室采用双油路喷射方式，在图1加力内锥尾部、图3径向火焰稳定器和图4环形火焰稳定器尾部喷射燃油。同时加力内锥内开设进气凹槽，对其内部的燃油通道内的燃油进行预热蒸发，达到降低加力燃烧室温度，提高燃油雾化效果进而提高燃烧效率，同时降低气流速度，达到稳定火焰的效果。通过合理的控制火焰稳定器尾部的燃油喷孔喷油，可实现从小加力至最大加力工况。
[0063]
燃油通过加力内锥内的燃油通道进入到加力燃烧室中，由于燃油通道紧邻进气凹槽，高温燃气流入到进气凹槽后，燃油通道内的燃油吸收热量，温度逐渐升高，使燃油预热并逐渐蒸发。一部分燃油直接通过加力内锥尾部的直射式或离心式喷孔喷出，在加力内锥后的低速回流区与燃气掺混燃烧；另一部分燃油则是通过径向火焰稳定器进入环形火焰稳定器，经过高温燃气的二次加热后，从火焰稳定器尾部的直射式燃油喷射孔喷出，在径向火焰稳定器与环形火焰稳定器后的低速回流区与高温燃气充分混合后，进行燃烧。此为双油路供油方式，可以拓宽发动机的供油范围。高温燃气进入到加力内锥的进气凹槽后，流经径向火焰稳定器，使得高温燃气流速降低，有利于与燃油掺混，形成低速回流区稳定燃烧。径向火焰稳定器之间通过错位分布，也使得气流速度降低，稳定火焰。当接通至半加力工况时，加力内锥、中心大环形火焰稳定器、内侧小环形火焰稳定器以及径向火焰稳定器上的燃油喷射孔全部打开，其余关闭；当接通全加力状态时，将外侧环形火焰稳定器上的燃油喷射孔逐渐打开至全部，实现不同的加力工况。
[0064]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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