一种火焰稳定器的制作方法

[0001]
本发明属于一体化设计加力燃烧室技术领域，具体涉及一种火焰稳定器。


背景技术：

[0002]
为了在短期内增大发动机的推力，常采用加力燃烧的方式。基于这种方式，依照降低流动损失，缩短燃烧室长度，提高工作可靠性等思路发展起来的一体化加力燃烧室是发动机发展的一个重要方向。而一体化加力燃烧室中的火焰稳定器，是否能在高温条件下保证正常工作，是影响现代发动机稳定性的重要因素，而如何保证火焰稳定器的壁面温度在材料可以承受的范围之内，是亟待解决的问题。
[0003]
现有专利公开号为cn105650677a的发明专利，公开了带有新型冷却结构一体化设计的火焰稳定器，包括燃油引管、燃油喷注孔、隔板以及外壳体，所述隔板位于外壳体中以将外壳体分隔成冷气腔和冲击冷却腔，所述燃油引管位于冷气腔中，所述燃油喷注孔形成于外壳体上与隔板相垂直的外表面上，所述隔板上形成有若干个冲击孔，所述外壳体上与隔板相平行的外表面上形成有若干个气膜孔。此专利通过冲击孔+相向气膜孔冷却之后，气膜孔流出的冷却气形成涡团气膜附着在稳定器外壁面，壁面温降可以达到300k，通过对火焰稳定器正后方壁面温度进行控制，进而影响整个火焰稳定器的壁面温度。但是此方案对于火焰稳定器迎风面以及侧壁部分的冷却效果仍未达到理想状态，壁面的温差仍然较大。


技术实现要素：

[0004]
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种火焰稳定器，通过对火焰稳定器内冷却气流的流通路径进行合理排布，使火焰稳定器的壁面温度趋于平均。
[0005]
本发明的具体技术方案如下：
[0006]
一种火焰稳定器，包括迎风壁面、后端壁、底端以及冷却结构，所述迎风壁面与后端壁之间通过侧壁连接，所述火焰稳定器内还设置有与其延伸方向相同的喷油杆，所述后端壁上设置有出流口，所述冷却结构设置在火焰稳定器内部，包括导流板和隔板，所述导流板和隔板均正对冷却气的来流方向，所述导流板包括迎风弧面和直段，所述迎风弧面与直段平滑连接，所述导流板的迎风弧面伸出迎风壁面；所述导流板和隔板将火焰稳定器分隔为三个部分，其中导流板与迎风壁面之间形成前缘冷却通道，导流板与隔板之间形成中央冷却通道，隔板与后端壁之间形成后端冷气腔，所述喷油杆位于后端冷气腔内，所述前缘冷却通道、中央冷却通道、后端冷气腔的底端相互连通。
[0007]
其中，所述导流板平行于迎风壁面的脊线设置。
[0008]
其中，导流板的所述直段与脊线的距离为10-30mm。
[0009]
其中，直段长度为脊线长度的0.6-0.8倍，所述迎风弧面的最高点超出脊线端部的高度为5-15mm。
[0010]
其中，隔板与导流板之间形成夹角但不相交，中央冷却通道向火焰稳定器的底端方向不断收缩。
[0011]
其中，所述隔板与导流板形成的夹角为2-4
°
。
[0012]
其中，所述隔板的长度为脊线长度的0.7-0.85倍。
[0013]
其中，所述隔板上设置有贯穿其厚度方向的冷却孔。
[0014]
其中，所述冷却孔在隔板上均匀分布，所述冷却孔关于隔板中心线对称分布。
[0015]
有益效果
[0016]
(1)降低了火焰稳定器壁面温度。通过在火焰稳定器中设置导流板与隔板，合理安排冷却气在火焰稳定器中的流动路径，使得冷却气能够对于火焰稳定器进行有效冷却，降低了火焰稳定器壁温，避免了由于火焰稳定器壁温过高导致的烧蚀等故障，保证了火焰稳定器能够稳定正常工作。
[0017]
(2)降低了火焰稳定器壁面温度的不均匀程度。布置在火焰稳定器中的导流板与火焰稳定器迎风面形成的前缘冷气通道使得冷却气能够对火焰稳定器中温度较高的迎风面进行针对性冷却。通过在隔板上开设的冷却孔可对于流经火焰稳定器壁面的冷气流量进行合理的分配，使火焰稳定器壁面温度趋于均匀，减小了火焰稳定器表面的热应力，延长了火焰稳定器的使用寿命。
[0018]
(3)便于火焰稳定器后方组织稳定高效的燃烧。通过改变火焰稳定器后端壁上出流口的分布，对火焰稳定器流出的流量进行控制，从而便于火焰稳定器后方组织稳定高效的燃烧。
附图说明
[0019]
图1为现有技术的火焰稳定器的示意图
[0020]
图2为现有技术的火焰稳定器的壁面温度等值线
[0021]
图3为本发明的示意图
[0022]
图4为图3中a-a剖面的剖面图
[0023]
图5为导流板的侧视图
[0024]
图6为导流板的主视图
[0025]
图7为隔板的示意图
[0026]
图8为本发明的火焰稳定器的壁面温度等值线
[0027]
其中，1为迎风壁面，2为后端壁，3为喷油杆，4为底端，5为导流板，6为隔板，21为出流孔，51为迎风弧面，52为直段，61为冷却孔。
具体实施方式
[0028]
现有技术中所述火焰稳定器如图1所示，为顶部开放且底端封闭的中空筒体，包括迎风壁面1、后端壁2以及底端4，所述迎风壁面1与后端壁2之间通过侧壁连接，所述火焰稳定器内还设置有与其延伸方向相同的喷油杆3，所述后端壁2上设置有出流口21，所述火焰稳定器的开放端与外涵道连通。
[0029]
此时火焰稳定器的壁面温度等值线如图2所示，由于外涵道冷却气在进入火焰稳定器时流道突扩，在其前缘内部形成了贴壁的分离区，外涵冷流无法对火焰稳定器迎风面进行有效冷却，火焰稳定器迎风面温度较高，其表面温差并不理想。
[0030]
因此，本申请在现有技术的基础上，如图3、图4所示，在火焰稳定器内部增设了冷
却结构，包括导流板5和隔板6，所述导流板5和隔板6均正对冷却气的来流方向，如图5、图6为所述导流板5的示意图，所述导流板5包括迎风弧面51和直段52，所述迎风弧面51与直段52平滑连接，所述导流板5的直段52、隔板6均位于迎风壁面1以内，所述导流板5的迎风弧面51伸出迎风壁面1；所述导流板5和隔板6将火焰稳定器分隔为三个部分，其中导流板5与迎风壁面1之间形成前缘冷却通道，导流板5与隔板6之间形成中央冷却通道，隔板6与后端壁2之间形成后端冷气腔，所述喷油杆3位于后端冷气腔中，所述前缘冷却通道、中央冷却通道、后端冷气腔的底端相互连通。
[0031]
通过设置上述冷却结构，降低了火焰稳定器壁面温度。通过在火焰稳定器中设置导流板与隔板，合理安排冷却气在火焰稳定器中的流动路径，使得冷却气能够对于火焰稳定器进行有效冷却，降低了火焰稳定器壁温，避免了由于火焰稳定器壁温过高导致的烧蚀等故障，保证了火焰稳定器能够稳定正常工作。
[0032]
需要指出的是，导流板5可以平行迎风壁面1的脊线11设置，也可以呈一定角度设置，但是其中优选的，导流板5平行于迎风壁面1的脊线11设置，形成平行的前缘冷却通道。如此，可以使火焰稳定器迎风面温度趋于均匀。所述迎风弧面51例如可以为圆弧面，或者其他曲面，只要其凹面朝向冷却风的来向，能与直段52光滑过渡，引导外涵冷流以较低的流阻进入前缘冷却通道即可。
[0033]
具体来说，导流板5的所述直段52与脊线11的距离为10-30mm，直段52长度为脊线11长度的0.6-0.8倍，所述迎风弧面51的最高点超出脊线11端部的高度为5-15mm。正是因为迎风弧面51决定了进入前缘冷却通道冷却气流流量，直段52与脊线11的距离决定了前缘冷却通道的宽度，直段52的长度决定了前缘冷却通道的长度，当如此限定此三个参数时，火焰稳定器迎风壁面1的表面温度均匀性。
[0034]
显而易见的，所述隔板6可以平行于导流板5设置，也可以与导流板5形成一定的夹角，但是其中优选的，隔板6与导流板5之间形成夹角但不相交，中央冷却通道向火焰稳定器的底端4方向不断收缩。如此设置，中央冷却通道中的冷却气流马赫数增加，增大与火焰稳定器侧壁面的对流换热。
[0035]
具体来说，所述隔板6与导流板5形成的夹角为2-4
°
，所述隔板6的长度为脊线11长度的0.7-0.85倍。
[0036]
其中优选的，如图7所示，所述隔板6上设置有贯穿其厚度方向的冷却孔61。通过在隔板上开设的冷却孔可对于流经火焰稳定器壁面的冷气流量进行合理的分配，使火焰稳定器壁面温度趋于均匀，减小了火焰稳定器表面的热应力，延长了火焰稳定器的使用寿命。
[0037]
具体来说，所述冷却孔61在隔板6上均匀分布，并关于隔板6的中心线对称。
[0038]
具体来说，所述冷却孔61的直径为4-6mm。
[0039]
通过合理安排冷却孔61的大小及分布，使得部分冷却气能够通过隔板6上的冷却孔61进入后端冷气腔中。冷却气通过对喷油杆3的绕流，对其进行冷却，从而避免喷油杆3由于温度过高引起的结焦堵塞问题。
[0040]
如图8所示为本发明的温度等值线图，相比图2，本发明的火焰稳定器其迎风壁面处的温度更低，高温区域更小，表面整体温度分布更为平均。

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