CN102538010B - 一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，将加力燃烧室内的燃烧部件与涡轮后承力框架整合为一体。将涡轮后整流支板与内涵火焰稳定器一体化设计，内通冷却气体，供油管及燃油喷嘴布置在整流支板内部，主燃油从支板两侧横向喷出，值班燃油从稳定器后面的凹槽处喷出形成值班火焰。将外涵火焰稳定器气动外形设计为V型钝体，内通冷却气体，燃油管路布置在外涵稳定器内部，主燃油从稳定器头部利用挡板喷嘴横向喷射，值班级燃油从外涵火焰稳定器后面凹槽处喷出。内外涵火焰稳定器之间设置一个环形火焰稳定器，在周向上起到稳定器与联焰器的作用。本发明将加力燃烧室内部件集成设计，提高了部件利用效率，提高了发动机推重比。

Description

一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室

技术领域

本发明涉及一种新型航空涡轮风扇发动机加力燃烧室，特别是一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室。

背景技术

新一代战斗机要实现非加力状态超声速巡航，这要求发动机及加力燃烧室结构更加紧凑，减少加力部件，部件利用效率更高，缩短加力燃烧室长度，降低非加力状态总压损失，提高中间状态推力。传统加力燃烧室的结构设计，已经成为制约加力燃烧室性能进一步提高的重要因素。在传统加力燃烧室结构发展潜力有限的情况下，探索新型加力燃烧室技术方案有着很大的现实和军事意义。

美国在“多用途、经济可承受的先进涡轮发动机”(VAATE)计划中将一体化的涡轮后框架和加力燃烧室作为先进发动机的主要技术特征之一被提出。

20世纪90年代，美国联合技术公司提出一种加力燃烧室与涡轮后框架一体化的设计方案，将低压涡轮后整流支板与火焰稳定器一体化设计，燃油喷嘴和火焰稳定器采用近配合技术，燃油从支板两侧横向喷出，利用稳定器后突扩形成的回流区稳定火焰。目前针对该技术有2项美国专利(美国专利号为US005385015，US005685140)。所采用的技术方案都是基于这个思路，即将整流支板和火焰稳定器一体化设计，燃油从支板两侧横向喷射，燃油与来流燃气混合形成燃油混合气，利用火焰稳定器后面的局部回流区稳焰燃烧。但是从仿真计算和实验研究的角度证明，整流支板后面形成的回流区比较小，横向喷射的主燃油只有很少一部分被卷吸到回流区内部，火焰稳定器稳焰的能力非常有限。加力燃烧室内涵和外涵组织燃烧的方式有很大差别，此前的设计并没有对外涵火焰稳定器及组织燃烧的方式进行特别的设计。对加力燃烧室的软点火、联焰器、内外涵混合器也没有进行特别的设计。

发明内容

本发明主要解决的问题：本设计方案提供了一种新型的加力燃烧室设计方案，可以有效克服传统设计方案的加力燃烧室的固有弊端，对之前提出的加力燃烧室与涡轮后框架一体化设计的方案进行优化，提高部件利用效率，减轻发动机重量，提高发动机推重比。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，包括：由锥体(7)、后轴承机匣(20)、整流支板(1)、内涵火焰稳定器(13)、内涵燃油管路(28)、内涵主燃油喷嘴(5)、内涵值班燃油喷嘴(27)、分流环(4)、环形火焰稳定器(3)、环形火焰稳定器值班燃油喷嘴(32)、外涵支承(2)、外涵火焰稳定器(12)、外涵燃油管路(28)、外涵主燃油喷嘴(22)、外涵值班燃油喷嘴(21)和加力筒体(8)；所述整流支板(1)下端与上端分别与锥体(7)和分流环(4)连接组成加力燃烧室的内涵通道(55)，整流支板(1)的内部为空心结构，形成内涵冷却气路(29)；外涵支承(2)下端与上端分别与分流环(4)和加力筒体(8)连接组成加力燃烧室的外涵通道(6)；所述环形火焰稳定器(3)连接在分流环(4)末端；所述锥体(7)是后轴承机匣(20)的外表面部分，所述锥体(7)与加力筒体(8)共同组成加力燃烧室扩压器(46)；所述外涵支承(2)的内部为空心结构，形成外涵冷却气路(25)，外涵支承冷却气路(25)穿过分流环(4)与内涵整流支板冷却气路(29)相贯通，内涵整流支板冷却气路(29)穿过锥体(7)与锥体内部空腔相贯通；所述整流支板(1)表面气动外形采用对称叶型，整流支板(1)表面有三部分构成，两个整流支板侧壁面(47)和一个整流支板后壁面(48)，整流支板后壁面(48)位于整流支板叶型厚度最大处(51)，整流支板后壁面(48)形状为内陷V型(56)；整流支板后壁面(48)即为内涵火焰稳定器(13)；整流支板前缘(49)与水平方向垂直，整流支板后缘(50)与内涵燃气A流出方向垂直；内涵燃油管路(28)布置在整流支板(1)内部，内涵主燃油喷嘴(5)布置在整流支板侧壁面(47)上，内涵值班燃油喷嘴(27)布置在整流支板后壁面(48)的中心线上；外涵支承(2)由外涵支承前V型壁面(52)和外涵支承后V型壁面(53)构成；外涵支承前V型壁面(52)夹角角度小于外涵支承后V型壁面(53)夹角角度，外涵支承前V型壁面(52)与外涵支承后V型壁面(53)焊接组成外涵支承封闭腔体(54)；外涵支承后V型壁面(53)即为外涵火焰稳定器(12)；外涵燃油管路(23)布置在外涵支承(2)内部，外涵主燃油喷嘴(22)位于外涵支承(2)的头部，外涵支承(2)前面设挡板(24)，与外涵燃主油喷嘴(22)共同形成挡板喷嘴，外涵值班燃油喷嘴(21)位于外涵支承后V型壁面(53)的中心线上；内涵火焰稳定器(13)和外涵火焰稳定器(12)之间布置环形火焰稳定器(3)，环形火焰稳定器(3)整体采用V型设计，环形火焰稳定器(3)上面连接外涵火焰稳定器(12)，环形火焰稳定器(3)下面连接内涵火焰稳定器(13)。

所述内涵主燃油喷嘴(5)采用直射式喷嘴，内涵主燃油喷嘴(5)喷射出内涵主燃油(38)，内涵主燃油(38)的喷射方向垂直于内涵燃气A，内涵主燃油(38)垂直于内涵燃气A喷射相比于传统的顺喷能缩短燃油与燃气的混合段长度，内涵主燃油喷嘴(5)距离整流支板后缘(50)的距离为20mm-25mm，整流支板(1)两侧的内涵主燃油喷嘴(5)对称分布，从内涵主燃油喷嘴(5)横向喷射出的内涵主燃油(38)到达整流支板后缘(50)处时能与内涵燃气A初步混合，开始内涵主火焰的形成。

所述内涵值班燃油喷嘴(27)采用直射式喷嘴；内涵值班燃油喷嘴(27)位于整流支板后壁面(48)的中心线上，内涵值班燃油喷嘴(27)与内涵主燃油喷嘴(5)处于同一条水平位置上，内涵值班燃油喷嘴(27)喷射出内涵值班燃油(39)，内涵值班燃油(39)为顺喷，内涵值班燃油喷嘴(27)数量是内涵主燃油喷嘴(5)数量的1/2，内涵值班燃油(39)的质量流量是内涵主燃油(38)的质量流量的1/4-1/5，使内涵值班燃油(39)燃烧形成的内涵值班火焰尽可能顺利地引燃内涵主燃油(38)。

所述整流支板后壁面(48)内陷V型(56)夹角为60°，内陷V型(56)夹角末端采用圆弧型过渡，圆弧半径为2mm-3mm，整流支板后壁(48)即为内涵火焰稳定器(13)，采用上述结构能使内涵火焰稳定器(13)后面较容易地形成内涵火焰稳定器后的回流区(30)。

所述环形火焰稳定器(3)采用吸入式稳定器，环形火焰稳定器(3)上半部分设置补燃气孔(31)，补燃气孔(31)形状为矩形，矩形沿周向方向上的边长为1Omm，沿径向方向的边长为6mm，补燃气孔(31)底端布置横向挡板(34)；环形火焰稳定器内部与分流环(4)相连接处设置环形稳定器值班燃油喷嘴(32)；环形稳定器值班燃油喷嘴(32)采用直射式喷嘴；相邻两个整流支板(1)之间设置2个环形稳定器值班级燃油喷嘴(32)，设置位置是两个相邻整流支板(1)之间环形火焰稳定器(3)圆弧的1/3分割点和2/3分割点处，整个环形火焰稳定器(3)内布置32个环形稳定器值班级燃油喷嘴(32)，这样在环形火焰稳定器(3)后面可以形成周向的值班火焰，从而在内涵火焰稳定器(13)和外涵火焰稳定器(12)后面实现火焰的周向传播与联焰。

所述外涵支承前V型壁面(52)夹角为30°，外涵支承前V型壁面(52)夹角末端采用圆弧形过渡，圆弧半径为1.5mm-2.5mm；外涵支承后V型壁面(53)夹角为60°，外涵支承后V型壁面(53)夹角末端采用圆弧形过渡，圆弧半径为4mm-5mm。外涵支承(2)的整体外形为V型钝体，有利于减少外涵通道(6)内的流动总压损失以及有利于外涵值班火焰的形成。

所述外涵支承(2)前面的挡板(24)离外涵主燃油喷嘴(22)为1mm-2mm，外涵主燃油喷嘴(22)喷射出的外涵主燃油(40)与挡板(24)碰撞雾化，从而优化外涵主燃油(40)的雾化效果。

所述外涵主燃油喷嘴(22)喷射出外涵主燃油(40)，外涵主燃油(40)遇到挡板(24)后流动方向变为垂直于外涵空气B的横向喷射；外涵值班燃油喷嘴(21)采用直射式喷嘴，外涵值班燃油喷嘴喷射出外涵值班燃油(41)；外涵值班燃油喷嘴(41)位于外涵后V型壁面(53)的中心线上，外涵值班燃油喷嘴(21)与外涵主燃油喷嘴(22)处于同一条水平位置上，外涵值班燃油喷嘴(21)的数目与外涵主燃油喷嘴(22)的数目相同；外涵值班燃油(41)的质量流量为外涵主燃油(40)的质量流量的1/4-1/5，使外涵值班燃油(41)燃烧形成的外涵火焰尽可能顺利地引燃外涵主燃油(40)。

所述外涵支承(2)横截面轴向长度是整流支板(1)横截面轴向长度的1/3；内涵整流支板(1)与外涵支承(2)成轴对称分布，相邻整流支板之间的夹角为22.5°，共计16个整流支板，相邻外涵支承之间的夹角为22.5°，共计16个外涵支承.，这种布置使内涵火焰稳定器(13)和外涵火焰稳定器(12)的堵塞比以及内涵火焰稳定器(13)和外涵火焰稳定器(12)的整体重量达到折中较好的状态。

所述锥体(7)表面上布置冷却气膜孔(45)，冷却气膜孔(45)交错排列，冷却气膜孔(45)直径为0.8mm-1mm，使锥体(7)表面上形成均匀覆盖的冷却气模，降低锥体(7)表面温度，从而降低锥体(7)的红外辐射，提高隐身性能。

所述锥体(7)的锥角角度为37.5°-38.5°，这个范围内的锥体角度使得加力燃烧室扩压器(46)的流动总压损失最小。

本发明的工作过程是：将传统设计的加力燃烧室中直接布置在气路中的燃油总管和火焰稳定器去掉，将内涵燃油管路布置在整流支板内部，通冷却气体对其进行冷却，防止部件烧蚀和燃油结焦；内涵主燃油从支板两侧横向喷出，内涵值班燃油从支板后壁面喷出，利用支板后突扩形成的局部回流区稳定火焰；整流支板气动外形设计为流线型，降低总压损失，整流支板表面由三部分构成，两个整流支板侧面和一个整流支板后壁面，整流支板后壁面向内凹陷形成V型凹槽，形成内涵火焰稳定器，内涵燃气流经整流支板时，依靠后壁面的突扩效应形成局部低速回流区，值班燃油和主燃油的一部分在回流区内形成值班火焰，值班火焰引燃主燃油从在内涵流域组织燃烧；整流支板内端与锥体相连，外端与分流环相连，非加力状态时，内涵整流支板起到承力框架的作用，支撑后轴承机匣和涡轮机匣，加力状态时，同时起到承力框架、喷油系统和火焰稳定器的作用；外涵支承是由两个不同角度的V型壁面构成的封闭腔体，外涵支承同时起到外涵火焰稳定器的作用；将外涵燃油管路布置在外涵支承内部，通冷却气体对其进行冷却，外涵主燃油从外涵支承头部利用挡板喷嘴横向喷出，外涵值班燃油从外涵支承后面的凹槽内喷出；外涵支承内端连接分流环，外端连接加力筒体，非加力状态时用作涡轮机匣与外机匣的支承，加力状态时同时起到外涵支承和外涵火焰稳定器的作用；在内外涵混合边界靠近内涵一侧布置环形火焰稳定器，环形火焰稳定器连接在分流环的末端，设计成吸入式稳定器，在周向方向起稳定火焰和传播火焰作用；环形火焰稳定器同时是一个环形混合器，进行内外涵气体混合；此外，环形火焰稳定器同时起到预燃室的作用，发动机接通加力时，有小股燃油从预燃室内喷出并首先点火燃烧，实现加力燃烧室的软点火，加力状态时有值班燃油从后面喷出，形成环形值班火焰，在周向上同时起到稳定器与联焰器的作用，在周向方向传播火焰，使火焰在整个加力燃烧室尽可能均匀分布。

本发明的原理如下，加力燃烧室的整流支板和外涵支承是航空发动机结构必不可少的组成部分，起到后承力框架的作用，是发动机的“骨架”，支承后轴承机匣、涡轮机匣和加力筒体。而加力燃烧室的燃油总管和火焰稳定器只是在发动机开加力的时候起作用，在非加力状态时则作为非必要重量挂在发动机上。由于加力燃烧室燃油总管和火焰稳定器直接布置在高温燃气中，极易产生火焰稳定器烧蚀和喷油杆故障，此外，还会造成明显的总压损失。本发明将加力燃烧室的燃烧部件整体前移，将内涵燃油管路布置在整流支板内部，通冷却气体进行冷却，燃油从整流支板侧面横向喷射雾化与内涵燃气混合形成油气混合气。对整流支板后壁面进行特殊设计构成突扩型内涵火焰稳定器，内涵火焰稳定器后面局部低速回流区产生。将外涵支承设计成由两个不同角度的V型壁面构成的封闭型腔体，外涵燃油管路布置在外涵支承内部，通冷却气进行冷却。外涵支承的后壁面构成外涵火焰稳定器，外涵火焰稳定器后面有局部低速回流区产生。在内外涵火焰稳定器之间布置一个环形火焰稳定器，用于周向方向的火焰稳定和火焰传播，环形火焰稳定器后面同样有局部低速产生。在上述所形成的回流区内分配恰当浓度的燃油，就可在加力燃烧室内形成值班火焰，值班火焰引燃内外涵主燃油，从而在整个加力燃烧室内形成燃烧。对加力锥体进行特殊设计，与加力筒体内壁面组成扩压通道，合理组织扩压过程，降低摩擦损失和加热损失。这样就把加力燃烧室的后承力框架、喷油系统和火焰稳定器融合在一起，提高了加力燃烧室的部件利用效率，缩短了加力燃烧室长度，减轻了发动机重量。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)与传统设计方案的加力燃烧室相比，由于把加力燃烧室火焰稳定器与承力框架整合设计，把燃油管路布置在整流支板和外涵支承内部，并通冷却气进行冷却，很大程度上解决了加力燃烧室火焰稳定器和燃油杆烧蚀的技术难题，提高了加力燃烧室部件的可靠性。

(2)与传统设计方案的加力燃烧室相比，减少了加力燃烧内的部件数量，使设计结构更加紧凑，取消了直接布置在主气路中的火焰稳定器、燃油总管等部件，大大降低了非加力时的总压损失。通过仿真计算和实验研究得出，采用燃油喷嘴和火焰稳定器的近配合技术可以缩短火焰长度，从而缩短加力燃烧室长度，减轻加力燃烧室重量，提高发动机的推重比。

(3)本发明与之前的2项美国专利(美国专利号为US005385015，US005685140)相比，优化了一体化加力燃烧室内涵组织燃烧的方式，在内涵火焰稳定器的凹槽处加入一股值班燃油形成值班火焰，稳定器的稳焰能力大幅度提高，同时提高了内涵的燃烧效率。

(4)本发明与之前的专利相比提出了一体化加力燃烧室外涵组织燃烧的方案。一体化加力燃烧室的内外涵分别组织燃烧，外涵与内涵组织燃烧的方式有很大不同。外涵采用V型稳定器，利用主燃油和值班燃油相配合在外涵组织燃烧。

(5)本发明与之前的专利相比提出了一体化加力燃烧室实现软点火的方案。一体化加力燃烧室配备的是新一代涡轮风扇发动机，设计加力燃烧室时需考虑接通加力时的软点火问题。在内外涵火焰稳定器之间设置一个环形预燃室，接通加力时首先点燃预燃室，实现加力燃烧室的软点火。

(6)本发明与之前的专利相比提出了一体化加力燃烧室的内外涵混合方式。设计方案内外涵混合器是类似于环形的混合器，内外涵混合度较小。一体化加力燃烧室配备的新一代航空发动机是小涵道比发动机，外涵气量很小，从气动性能方面来分析，全面均匀混合没有太大的好处，从组织燃烧方面来看也没有必要。

(7)本发明与之前的专利相比提出了一体化加力燃烧室的联焰方式。环形火焰稳定器同时起到环形联焰器的作用，联焰器后面有值班燃油喷出形成值班火焰，在周向方向上实现火焰的传播。环形联焰器上下分别连接外涵火焰稳定器和内涵火焰稳定器，这样在每个整流支板后面就形成了2个纵向1个周向漩涡回流区的气流结构，如果在这样的回流区内分配恰当浓度的燃油，就可实现纵向和周向火焰的传播，从而引燃整个加力燃烧室流场区域的燃烧。

附图说明

图1为发动机整体结构示意图；

图2为本发明的加力燃烧室结构示意图；

图3为本发明的加力燃烧室燃烧部件示意图；

图4为本发明的加力燃烧室后视图；

图5为本发明的整流支板内涵火焰稳定器后的回流区示意图；

图6为本发明的外涵火焰稳定器后面的回流区示意图；

图7为本发明的环形火焰稳定器后面的回流区示意图；

图8为本发明的内涵燃油喷射示意图；

图9为本发明的外涵燃油喷射示意图；

图10为本发明的环形火焰稳定器后面的值班燃油喷射示意图；

图11为本发明的加力燃烧室燃烧部件(锥体、整流支板、内涵火焰稳定器、分流环、环形火焰稳定器、外涵支承、外涵火焰稳定器)立体示意图；

图12为本发明的加力燃烧室整体立体示意图。

示意图中部件的标号说明

1.整流支板，2.外涵支承，3.环形火焰稳定器，4.分流环，5.内涵主燃油喷嘴，6.外涵通道，7.锥体，8.加力筒体，9.燃油管路，10.燃油阀门，11.冷却气管路，12.外涵火焰稳定器，13.内涵火焰稳定器，14.主燃烧室，15.高压涡轮，16.低压涡轮，17.加力燃烧室，18.涡轮机匣，19.外机匣，20.后轴承机匣，21.外涵值班燃油喷嘴，22.外涵主燃油喷嘴，23.外涵燃油管路，24.挡板，25.外涵火焰稳定器内部冷却气路，26.外涵火焰稳定器后的回流区，27.内涵值班燃油喷嘴，28.内涵燃油管路，29.整流支板内部冷却气路，30.内涵火焰稳定器后的回流区，31.补燃气孔，32.环形火焰稳定器值班燃油喷嘴，33.燃油管路，34.横向挡板，35.环形火焰稳定器，36.环形火焰稳定器后的下回流区，37.环型稳定器后的上回流区，38.内涵主燃油，39.内涵值班燃油，40.外涵主燃油，41.外涵值班燃油，42.环形火焰稳定器值班级燃油，43.风扇，44.高压压气机，45.冷却气膜孔，46.加力燃烧室扩压器，47.整流支板侧壁面，48.整流支板后壁面，49.整流支板前缘，50.整流支板后缘，51.整流支板叶型厚度最大处，52.外涵前V型壁面，53.外涵后V型壁面，54.外涵支承封闭腔体，55.内涵通道，56.内陷V型，57.锥体内部空腔，58.低压压气机，A.内涵燃气，B.外涵空气，C1.加力燃烧室冷却气，C2.外涵冷却气，C3.内涵冷却气，C4.后轴承机匣冷却气，C5.气膜冷却气

具体实施方式

下面结合附图，对本发明一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室对提高发动机部件利用效率，提高推重比的技术方案做进一步说明。

图1是发动机的总体示意图，发动机总体由风扇43、低压压气机58、高压压气机44、主燃烧室14、高压涡轮15、低压涡轮16，加力燃烧室17、外机匣19、涡轮机匣18、后轴承机匣20组成。本发明加力燃烧室配备的是新一代小涵道比涡轮风扇发动机，加力燃烧室17与涡轮后承力框架融为一体，本身作为支承框架的一部分，取消了传统设计的加力燃烧室直接布置在气路中的燃油总管和火焰稳定器等部件，降低了非加力状态时的总压损失，提高了发动机部件利用效率，提高了发动机的推重比。通过冷却气管路11从高压压气机14引气对加力燃烧室17部件进行冷却，提高部件的可靠性和耐久性，同时降低部件温度，从而降低加力燃烧室的红外发射率，提高发动机隐身性能。

图2是本发明的加力燃烧室整体示意图，加力燃烧室17由锥体7、后轴承机匣20、整流支板1、内涵火焰稳定器13、内涵燃油管路28、内涵主燃油喷嘴5、内涵值班燃油喷嘴27、分流环4、环形火焰稳定器3、环形火焰稳定器值班燃油喷嘴32、外涵支承2、外涵火焰稳定器12、外涵燃油管路28、外涵主燃油喷嘴22、外涵值班燃油喷嘴21、燃油管路9、燃油阀门10、冷却气管路11、加力筒体8组成。整流支板1下端与上端分别与锥体7和分流环4连接组成加力燃烧室的内涵通道55。外涵支承2内端连接分流环4，外涵支承2下端与上端分别与分流环4和加力筒体8连接组成加力燃烧室的外涵通道6。环形火焰稳定器3连接在分流环4末端；锥体7是后轴承机匣20的外表面部分，锥体7与加力筒体8共同组成加力燃烧室扩压器46。锥体7的锥角角度为37.5°-38.5°，这个范围内的锥体角度使得加力燃烧室扩压器46内的流动总压损失最小。锥体7表面分布冷却气膜孔45，冷却气膜孔45交错排列，冷却气膜孔45直径为0.8mm-1mm。燃油管路9在燃油阀门10的控制下为内涵燃油管路28和外涵燃油管路23提供燃油，冷却气管路11为加力燃烧室17提供冷却气。整流支板下端焊接锥体7，整流支板1上端焊接分流环4，锥体7是后轴承机匣20的表面组成部分，分流环4是涡轮机匣18的组成部分，这样整流支板1和内涵火焰稳定器13就起到后轴承机匣20和涡轮机匣18之间承力框架的作用。非加力状态时，整流支板1与内涵火焰稳定器13用作内涵支承，加力状态时，整流支板1与内涵火焰稳定器13及内涵主燃油燃油喷嘴5内涵值班燃油喷嘴27组成内涵燃烧器，组织内涵燃烧。外涵支承2下端焊接分流环4，外涵支承2上端焊接加力筒体8，分流环4是涡轮机匣18的组成部分，加力筒体8是外机匣19的组成部分，这样外涵支承2和外涵火焰稳定器12就起到涡轮机匣18和外机匣19之间承力框架的作用。非加力状态时，外涵支承2与外涵火焰稳定器12支承涡轮机匣20与外机匣19，加力状态时，外涵支承2与外涵火焰稳定器12及外涵主燃油喷嘴22外涵值班燃油喷嘴21组成外涵燃烧器，组织外涵燃烧。内涵火焰稳定器13与外涵火焰稳定器12之间布置环形火焰稳定器3，环形火焰稳定器3连接在分流环4末端。环形火焰稳定器3在周向起传播火焰与稳定火焰的作用。从高压压气机44抽取的部分压缩空气经冷却气管路11成为加力燃烧室冷却气C1作为加力燃烧室部件的冷却气对加力燃烧室部件进行冷却，以提高部件的耐久性和可靠性。外涵火焰稳定器冷却气路25经分流环4与内涵火焰稳定器冷却气路29相连通，从压气机44抽取的加力燃烧室冷却气C1经冷却气管路11进入外涵火焰稳定器2内部，形成外涵冷却气C2，对外涵外涵支承2及外涵火焰稳定器12进行冷却，外涵冷却气C2流经内涵火焰稳定器1内部，形成内涵冷却气C3，对整流支板1及内涵火焰稳定器13进行冷却，内涵冷却气C3进入锥体7内部，形成后轴承机匣冷却气C4，对锥体内部空腔57各部件进行冷却，后轴承机匣冷却气C4从锥体表面的冷却气膜孔45流出，变成气膜冷却气C5，在锥体表面形成气膜，对锥体表面进行冷却，以降低锥体的红外辐射。

图3是本发明的加力燃烧室燃烧部件示意图。加力燃烧室燃烧部件由锥体7、整流支板1、内涵火焰稳定器13、内涵燃油管路28、内涵主燃油喷嘴5、内涵值班燃油喷嘴27、分流环4、环形火焰稳定器3、环形火焰稳定器值班燃油喷嘴32、外涵支承2、外涵火焰稳定器12、外涵燃油管路28、外涵主燃油喷嘴22、外涵值班燃油喷嘴21组成。整流支板1连接后轴承机匣20和涡轮机匣18，整流支板后壁面48即为内涵火焰稳定器13。从低压涡轮出来的内涵燃气A与从整流支板1侧面的内涵主燃油喷嘴5喷射的内涵主燃油38混合形成内涵油气混合气，依靠整流支板后壁面48突扩效应形成局部回流区30，从内涵值班燃油喷嘴27喷射出的内涵值班燃油39和部分从内涵主燃油喷嘴5横向喷射出的主燃油38在回流区38内燃烧形成内涵值班火焰，内涵值班火焰引燃内涵主燃油38在整个内涵流域内组织燃烧。外涵主燃油喷嘴22喷射出外涵主燃油40，外涵主燃油40遇到挡板24后流动方向变为垂直于外涵空气B的横向喷射。外涵值班燃油喷嘴喷射出外涵值班燃油41。外涵支承后V型壁面53即为外涵火焰稳定器12。从风扇43出来的外涵空气B与从外涵支承2头部外涵主燃油喷嘴22喷射的燃油混合形成外涵油气混合气，依靠外涵支承后V型壁面53突扩效应形成局部低速回流区26，从外涵值班燃油喷嘴21喷射出的外涵值班燃油41在回流区内燃烧形成外涵值班火焰，外涵值班火焰引燃外涵主燃油40在外涵流域内组织燃烧。内外涵分别组织燃烧，先燃烧后混合。内外涵火焰稳定器之间是环形火焰稳定器3，环形火焰稳定器3采用吸入式稳定器，在周向方向上起稳定火焰和传播火焰的作用。环形火焰稳定器3同时用作内外涵的混合器，进行内外涵气体的混合。此外，环形火焰稳定器3用作加力燃烧室17的预燃室，接通加力时，环形火焰稳定器值班燃油喷嘴喷32射出的环形火焰稳定器值班燃油42首先点火燃烧，实现加力燃烧室的软点火，保证发动机主机稳定工作。

图4是本发明的加力燃烧室后视图，相邻的整流支板1及外涵支承2之间的夹角是22.5°，共计16个整流支板和16个外涵支承，在圆周内成轴对称分布。这种布置使内涵火焰稳定器13和外涵火焰稳定器12的堵塞比以及内涵火焰稳定器13和外涵火焰稳定器12的整体重量达到折中较好的状态。内涵火焰稳定器13、环形火焰稳定器3、外涵火焰稳定器12是相互连通的。这样整个加力燃烧室内在内涵火焰稳定器13和外涵火焰稳定器12的作用下形成16个径向的回流区，这16个径向的回流区靠环形火焰稳定器3作用下形成的1个周向的回流区连在一起，从在整个加力燃烧室内实现径向和周向方向的火焰传播。

图5是整流支板内涵火焰稳定器后面的回流区结构示意图。整流支板1表面有三部分构成，两个整流支板侧壁面47和一个整流支板后壁面48，整流支板后壁面48位于整流支板叶型厚度最大处51，整流支板1的内部为空心结构，形成内涵冷却气路29，整流支板后壁面48形状为内陷V型56，内陷V型56夹角为60°，内陷V型56夹角末端采用圆弧型过渡，圆弧半径为2mm-3mm，整流支板后壁面48构成内涵火焰稳定器13。从低压涡轮16流出的内涵燃气A流过整流支板1时，因整流支板后壁面48的突扩效应，在整流支板后面形成2个对称的回流区30，从内涵值班燃油喷嘴32喷射出的内涵值班燃油39和部分从内涵主燃油喷嘴21喷射的内涵主燃油38在内涵火焰稳定器后的回流区30内燃烧形成值班火焰，值班火焰引燃全部主燃油38，从而在整个内涵流域组织燃烧。图6是外涵火焰稳定器后面的回流区结构示意图。外涵支承2是由外涵支承前V型壁面52和外涵支承后V型壁面53焊接组成的外涵支承封闭腔体54。外涵支承2的内部为空心结构，形成外涵冷却气路25。外涵支承前V型壁面52夹角为30°，外涵支承前V型壁面52夹角末端采用圆弧形过渡，圆弧半径为1.5mm-2.5mm，外涵支承后V型壁面53夹角为60°，外涵支承后V型壁面53夹角末端采用圆弧形过渡，圆弧半径为4mm-5mm，外涵支承后V型壁面53向内凹陷成内陷V形构成外涵火焰稳定器12。经风扇43压缩后的外涵空气B沿外涵道6进入加力燃烧室17，外涵空气B流经外涵支承2时，在外涵支承2的V型气动外形和外涵支承后V型壁面53突扩的作用下，在外涵火焰稳定器12后面形成2个对称的回流区，即为外涵火焰稳定器后的回流区26，外涵值班燃油41在外涵火焰稳定器后的回流区26内燃烧形成外涵值班火焰，外涵值班火焰引燃外涵主燃油40，从而在外涵流域内形成燃烧。图7是环形火焰稳定器3后面的回流区示意图。环形火焰稳定器3采用吸入式稳定器，环形火焰稳定器3上半部分设置补燃气孔31，补燃气孔31形状为矩形，矩形沿周向方向上的边长为10mm，沿径向方向的边长为6mm，补燃气孔31底端布置横向挡板34。环形火焰稳定器内部与分流环4相连接处设置环形稳定器值班燃油喷嘴32，环形稳定器值班燃油喷嘴32采用直射式喷嘴，相邻两个整流支板1之间设置2个环形稳定器值班级燃油喷嘴32，设置位置是两个相邻整流支板1之间环形火焰稳定器3圆弧的1/3分割点和2/3分割点处，整个环形火焰稳定器3内布置32个环形稳定器值班级燃油喷嘴32，加力燃烧室工作时有值班燃油42喷出。内涵燃气A流经环形火焰稳定器3时，形成环形火焰稳定器后的下回流区36，外涵空气B流经环形火焰稳定器3时形成环形火焰稳定器后的上回流区37。外涵小股空气B1流进补燃气孔31，对环形火焰稳定器3内的燃烧起到一定的补燃作用。

图8为内涵燃油喷射示意图，内涵燃油管路28布置在整流支板1内部，利用内涵冷却气体C3对其进行冷却，防止燃油结焦和部件烧蚀。内涵主燃油喷嘴5采用直射式喷嘴内涵主燃油喷嘴5距离整流支板后缘50的距离为20mm-25mm，整流支板1两侧的内涵主燃油喷嘴5对称分布。内涵主燃油38从整流支板1两侧的主燃油喷嘴5横向喷射，与内涵燃气A配合进行横向喷射雾化。这种燃油喷射方式有利于缩短主燃油38与内涵燃气A的混合段长度。内涵值班燃油喷嘴27采用直射式喷嘴，内涵值班燃油喷嘴27位于整流支板后壁面48的中心线上，内涵值班燃油喷嘴27与内涵主燃油喷嘴5位于同一条水平位置上，内涵值班燃油喷嘴27数量是内涵主燃油喷嘴5数量的1/2。内涵值班燃油喷嘴27喷射出内涵值班燃油39，内涵值班燃油39为顺喷，内涵值班燃油39的质量流量是内涵主燃油38的质量流量的1/4-1/5，值班级燃油在回流区30内形成值班火焰。值班火焰引燃主燃油38，从而在整个内涵流域内形成燃烧。图9为外涵燃油喷射示意图，外涵燃油管路23布置在外涵火焰稳定器内部，利用外涵冷却气体C2对其进行冷却，防止燃油结焦和部件烧蚀。外涵主燃油40从外涵火焰稳定器12头部的外涵主燃油喷嘴22喷出，外涵主燃油40喷出后在挡板24的作用下变为横向喷射，外涵支承2前面的挡板24离外涵主燃油喷嘴22为1mm-2mm，外涵主燃油喷嘴22喷射出的外涵主燃油40与挡板24碰撞雾化，改善雾化效果。外涵值班燃油喷嘴21采用直射式喷嘴，外涵值班燃油喷嘴21与外涵主燃油喷嘴22数量相同，外涵值班燃油喷嘴21位于外涵支承后V型壁面53的中心线上方，外涵值班燃油喷嘴21与外涵主燃油喷嘴22处于同一水平位置上，外涵值班燃油喷嘴21喷射出外涵值班燃油41，外涵值班燃油41的质量流量是外涵主燃油40的质量流量的1/4-1/5。外涵值班燃油41在回流区26内形成外涵值班火焰，外涵值班火焰引燃外涵主燃油40，从而在外涵流域内形成燃烧。图10为环形火焰稳定器3后面的燃油喷射示意图，环形火焰稳定器3设计成吸入式稳定器，环形火焰稳定器3相邻两个整流支板1之间与分流环4相连接处设置2个值班燃油喷嘴32，整个环形火焰稳定器内布置32个值班燃油喷嘴32。从环形火焰稳定器值班燃油喷嘴32喷射出环火焰形稳定器值班级燃油42，环形火焰稳定器值班燃油42在环形稳定器后的下回流区36和环形稳定器后的上回流区37内形成值班火焰。外涵小股空气B1流进补燃气孔31，对环形火焰稳定器3内的燃烧起到一定的补燃作用。此环形火焰稳定器3同时用作加力燃烧室17的预燃室，接通加力时环形火焰稳定器值班燃油42首先喷射点燃，实现加力燃烧室的软点火，防止涡扇发动机加力燃烧室17启动时产生的压力突升能直接传递到风扇43，使风扇的喘振裕度下降，甚至引起风扇的喘振，保证加力燃烧室和发动机主机安全稳定工作。

图11是本发明的加力燃烧室核心燃烧部件(锥体、整流支板、内涵火焰稳定器、环形火焰稳定器、分流环、外涵支承、外涵火焰稳定器)组合的三维效果图。图12是本发明的加力燃烧整体效果图。

总之，本发明将加力燃烧室内部件集成设计，减少了部件数量，提高了部件利用效率，减轻了重量，提高了加力燃烧室性能，提高了发动机推重比。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (11)

1.一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于包括：由锥体（7）、后轴承机匣（20）、整流支板（1）、内涵火焰稳定器（13）、内涵燃油管路（28）、内涵主燃油喷嘴（5）、内涵值班燃油喷嘴（27）、分流环（4）、环形火焰稳定器（3）、环形火焰稳定器值班燃油喷嘴（32）、外涵支承（2）、外涵火焰稳定器（12）、外涵燃油管路（23）、外涵主燃油喷嘴（22）、外涵值班燃油喷嘴（21）和加力筒体（8）组成；所述整流支板（1）下端与上端分别与锥体（7）和分流环（4）连接组成加力燃烧室的内涵通道（55），整流支板（1）的内部为空心结构，形成整流支板内部冷却气路（29）；外涵支承（2）下端与上端分别与分流环（4）和加力筒体（8）连接组成加力燃烧室的外涵通道（6）；所述环形火焰稳定器（3）连接在分流环（4）末端；所述锥体（7）是后轴承机匣（20）的外表面部分，所述锥体（7）与加力筒体（8）共同组成加力燃烧室扩压器（46）；所述外涵支承（2）的内部为空心结构，形成外涵火焰稳定器内部冷却气路（25），外涵火焰稳定器内部冷却气路（25）穿过分流环（4）与整流支板内部冷却气路（29）相贯通，整流支板内部冷却气路（29）穿过锥体（7）与锥体内部空腔相贯通；所述整流支板（1）表面气动外形采用对称叶型，整流支板（1）表面由三部分构成，两个整流支板侧壁面（47）和一个整流支板后壁面（48），整流支板后壁面（48）位于整流支板叶型厚度最大处（51），整流支板后壁面（48）形状为内陷V型（56）；整流支板后壁面（48）即为内涵火焰稳定器（13）；整流支板前缘（49）与水平方向垂直，整流支板后缘（50）与内涵燃气A流出方向垂直；内涵燃油管路（28）布置在整流支板（1）内部，内涵主燃油喷嘴（5）布置在整流支板侧壁面（47）上，内涵值班燃油喷嘴（27）布置在整流支板后壁面（48）的中心线上；外涵支承（2）由外涵前V型壁面（52）和外涵后V型壁面（53）构成；外涵前V型壁面（52）夹角角度小于外涵后V型壁面（53）夹角角度，外涵前V型壁面（52）与外涵后V型壁面（53）焊接组成外涵支承封闭腔体（54）；外涵后V型壁面（53）即为外涵火焰稳定器（12）；外涵燃油管路（23）布置在外涵支承（2）内部，外涵主燃油喷嘴（22）位于外涵支承（2）的头部，外涵支承（2）前面设挡板（24），与外涵主燃主油喷嘴（22）共同形成挡板喷嘴，外涵值班燃油喷嘴（21）位于外涵后V型壁面（53）的中心线上；内涵火焰稳定器（13）和外涵火焰稳定器（12）之间布置环形火焰稳定器（3），环形火焰稳定器（3）整体采用V型设计，环形火焰稳定器（3）上面连接外涵火焰稳定器（12），环形火焰稳定器（3）下面连接内涵火焰稳定器（13）。

2.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述内涵主燃油喷嘴（5）采用直射式喷嘴，内涵主燃油喷嘴（5）喷射出内涵主燃油（38），内涵主燃油（38）的喷射方向垂直于内涵燃气A，内涵主燃油喷嘴（5）距离整流支板后缘（50）的距离为20mm-25mm，整流支板（1）两侧的内涵主燃油喷嘴（5）对称分布。

3.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述内涵值班燃油喷嘴（27）采用直射式喷嘴；内涵值班燃油喷嘴（27）位于整流支板后壁面（48）的中心线上，内涵值班燃油喷嘴（27）与内涵主燃油喷嘴（5）处于同一条水平位置上，内涵值班燃油喷嘴（27）喷射出内涵值班燃油（39），内涵值班燃油（39）为顺喷，内涵值班燃油喷嘴（27）数量是内涵主燃油喷嘴（5）数量的1/2，内涵值班燃油（39）的质量流量是内涵主燃油（38）的质量流量的1/4-1/5。

4.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述整流支板后壁面（48）内陷V型（56）夹角为60°，内陷V型（56）夹角末端采用圆弧型过渡，圆弧半径为2mm-3mm。

5.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述环形火焰稳定器（3）采用吸入式稳定器，环形火焰稳定器（3）上半部分设置补燃气孔（31），补燃气孔（31）形状为矩形，矩形沿周向方向上的边长为10mm，沿径向方向的边长为6mm，补燃气孔（31）底端布置横向挡板（34）；环形火焰稳定器内部与分流环（4）相连接处设置环形火焰稳定器值班燃油喷嘴（32）；环形火焰稳定器值班燃油喷嘴（32）采用直射式喷嘴；相邻两个整流支板（1）之间设置2个环形火焰稳定器值班燃油喷嘴（32），设置位置是两个相邻整流支板（1）之间环形火焰稳定器（3）圆弧的1/3分割点和2/3分割点处，整个环形火焰稳定器（3）内布置32个环形火焰稳定器值班燃油喷嘴（32）。

6.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述外涵前V型壁面（52）夹角为30°，外涵前V型壁面（52）夹角末端采用圆弧形过渡，圆弧半径为1.5mm-2.5mm；外涵后V型壁面（53）夹角为60°，外涵后V型壁面（53）夹角末端采用圆弧形过渡，圆弧半径为4mm-5mm。

7.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述外涵支承（2）前面的挡板（24）离外涵主燃油喷嘴（22）为1mm-2mm。

8.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述外涵主燃油喷嘴（22）喷射出外涵主燃油（40），外涵主燃油（40）遇到挡板（24）后流动方向变为垂直于外涵空气B的横向喷射；外涵值班燃油喷嘴（21）采用直射式喷嘴，外涵值班燃油喷嘴喷射出外涵值班燃油（41）；外涵值班燃油喷嘴（21）位于外涵后V型壁面（53）的中心线上，外涵值班燃油喷嘴（21）与外涵主燃油喷嘴（22）处于同一条水平位置上，外涵值班燃油喷嘴（21）的数目与外涵主燃油喷嘴（22）的数目相同；外涵值班燃油（41）的质量流量为外涵主燃油（40）的质量流量的1/4-1/5。

9.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述外涵支承（2）横截面轴向长度是内涵整流支板（1）横截面轴向长度的1/3；整流支板（1）与外涵支承（2）成轴对称分布，相邻整流支板之间的夹角为22.5°，共计16个整流支板，相邻外涵支承之间的夹角为22.5°，共计16个外涵支承。

10.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述锥体（7）表面上布置冷却气膜孔（45），冷却气膜孔（45）交错排列，冷却气膜孔（45）直径为0.8mm-1mm。

11.根据权利要求1所述的一种稳定器与涡轮后整流支板一体化设计的加力燃烧室，其特征在于：所述锥体（7）的锥角角度为37.5°-38.5°。

Images