CN103884024A - 一种能够组织燃烧并将火焰传导到外涵道气流的联焰装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够组织燃烧并将火焰传导到外涵道气流的联焰装置，该装置是对原加力燃烧室分流环进行改型，在该处构造一个空腔，可以分别从内外涵引气，空腔内部设置有喷油杆。该装置尾部有突扩结构，使得气流在该处形成漩涡，并卷吸从空腔尾部缝隙喷出的油气混合物进行燃烧。同时尾部的小波瓣结构能够将此处稳定的火焰向外涵主流传导，最终使得整个加力燃烧室充满火焰。本发明在有限的位置及不明显增加流动阻力和整体重量的前提下，能够组织燃烧并将火焰传播到外涵道气流，进而提高加力燃烧室工作效能及发动机推力，同时兼顾结构简单，易于维修。
Description
技术领域
本发明涉及加力燃烧室的技术领域，具体涉及一种针对涡扇发动机加力燃烧室的联焰装置，能够将涡扇发动机内涵道火焰引入外涵道，并组织其燃烧。
背景技术
为了提高飞机的作战性能和扩大飞行包线，军用战斗机的动力装置通常通过加力燃烧增加推力。由于涡轮后的燃气还含有氧气，通过向其喷油，使得燃气重新燃烧，这样气流的温度大幅度提高，可以在一定时间内提高推力。传统加力燃烧室结构由混合器、扩压器、燃油喷嘴，火焰稳定器构成。内外涵气流通过混合器进行掺混，在扩压器扩压减速，然后与喷嘴喷入的燃油掺混形成油气混合气，在点火电嘴或专门的预燃室点火器的作用下着火，由火焰稳定器产生的回流区进行组织燃烧。传统加力燃烧室布局在推重比不大的航空燃气涡轮发动机中得到了广泛的应用，但是这种方案带来了一些问题，严重制约了推重比的进一步提高。首先，这种结构增加了加力燃烧室长度，使得重量大大增加；其次，在不开加力的状态下，传统加力燃烧室结构造成的流阻损失很大，造成推力下降；最后，新一代航空发动机加力燃烧室的进口温度在逐步提高，对于燃油雾化和火焰稳定是有利的因素，但是内涵道气流的含氧量下降，如果能够燃烧外涵道的新鲜气流对于提高加力推力大有裨益。
因此，有人提出了带凹腔的支板火焰器的设计方案（专利号：201010135627.X），该方案去掉了传统火焰稳定器，将其设计的带凹腔的支板火焰稳定装置置于涡轮后框架处，将原有涡轮后框架支板替换为带凹腔的支板。此方案解决了内涵气流的燃烧问题，但是没有解决如何将内涵火焰引入具有新鲜空气的外涵道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有的技术不足，提供一种能够组织燃烧并将火焰传导到外涵道气流的联焰装置，在有限的位置及不明显增加流动阻力和整体重量的前提下，产生一个低速回流区，使其能够将火焰传播到外涵道并具有稳定火焰的作用，进而提高发动机加力推力及加力燃烧室工作效能，同时兼顾结构简单，易于维修。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种能够组织燃烧并将火焰传导到外涵道气流的联焰装置，在支板上方即内外涵道之间构造一个空腔结构，并且在尾部配有波瓣混合器，其特征在于：
将分流环设计成一个空腔，由上板和下板构成，空腔前部开孔，使其可以分别引入内涵道的高温气流和外涵道的低温气流；
下板在尾部逐渐向上板弯曲使得内部空间变窄，同时也在内涵道形成一个向外突扩的结构；
空腔内部设置有喷油杆，空腔尾部开缝；
上板在尾部有小波瓣结构。
本发明的原理如下：
气流经过支板尾缘和联焰装置尾缘的突扩会产生低速回流区，能够形成稳定的点火源，在径向和周向可以有火焰驻定，同时波瓣混合器能够在尾缘产生流向涡，使得气流可以向外涵道的新鲜空气掺混，这样会加快火焰向外涵道传播。
本发明所具有的优点包括：
本发明增大了加力燃烧室低速回流区的面积，使得火焰能够在内外涵之间的区域沿周向驻定，并向外涵道传播，使得整个加力燃烧室腔体充满火焰，提高加力推力及其工作效能；
本发明结构简单，充分利用空间，对分流环进行合理的改造，在实现设计目标的情况下，并没有过度的增加加力燃烧室堵塞面积及重量；
本发明需配合支板稳定器使用，由于需要使用外涵道新鲜空气，本装置适于涡扇发动机的加力燃烧室。
本发明空腔截面使用曲线过渡，非加力状态流阻不大，也可以优化成为翼型截面，进一步降低流阻。
本发明空腔前部开孔大小可以适当调节，以降低或者提高混气温度，达到提高冷却效果或者将强雾化的目的。
本发明联焰装置内部喷油杆喷口向下板侧喷射，以加强对内涵高温侧的冷却。
附图说明
图1是传统发动机加力燃烧室简图；
图2是本发明加力燃烧室联焰装置剖面图；
图3是本发明加力燃烧室联焰装置和支板配合的示意图；
图4是本发明加力燃烧室联焰装置和支板的从发动机尾部看的示意图；
附图标记说明：图1中的1是内涵道气流，2是外涵道气流，3是涡轮，4是涡轮后支板，5是分流环，6是喷油杆，7是燃油喷嘴，8是火焰稳定器，9是加力燃烧室隔热屏。
图2中的10是联焰装置上板，11是空腔加强肋，12是空腔出口加强肋，13波瓣结构混合器，14空腔进气孔，15是联焰装置下板，16是突扩结构。
图3中的17是支板火焰稳定器，18是中心锥，19是联焰装置突扩结构产生的漩涡。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
实施例1
根据本发明的一个实施例，在传统涡扇发动机加力燃烧室（如图1所示）内，去掉涡轮后支板4和分流环5后面的装置，并且对分流环进行改造（如图2所示）。传统加力燃烧室中的涡轮后支板4被当做内涵道中的火焰稳定器使用，其改型方式详见带凹腔的支板火焰稳定装置及火焰稳定方法，专利号：201010135627.X，而联焰装置取代原有分流环，在维持原有布局的情况下，只比原有布局增厚3到5毫米。
图3示意的是具体在航空发动机加力燃烧室里的联焰装置、气流流动的方向和用以火焰稳定的漩涡分布。内涵道气流经过支板喷油孔与燃油掺混，并在联焰装置尾部的突扩结构16处形成漩涡，并组织燃烧，而同时外涵道气流和内涵道气流有部分进入空腔内进行混合，以达到合适的温度，并与喷油杆喷出的燃油进行掺混，由尾部缝隙喷出，用以联焰装置尾部和外涵道供油及组织燃烧。尾部波瓣混合器13将火焰向外涵道气流的主流引，以达到组织外涵道气流燃烧的目的。
图4示意显示了从加力燃烧室尾部逆着来流方向看的整体效果，联焰装置可以在周向形成稳定的着火源，并使其向外涵道传播。
实施例2
根据本发明的另外一个实施例，可以对联焰装置（如图2所示）进一步改型，以达到更好的效果。在内部空腔增加一个喷油杆，使其向上喷射燃油，并且在联焰装置上板开孔。这样就为外涵道充填供油，使得外涵道的燃烧更加充分，提供更多热能，产生更大推力。
上述描述只是说明，而非限定。在不脱离权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对本实施例进行各种修改。
Claims (1)
1.一种能够组织燃烧并将火焰传导到外涵道气流的联焰装置，该联焰装置在支板上方即内外涵道之间构造一个空腔结构，并且在尾部配有波瓣混合器，其特征在于：
将分流环设计成一个空腔，由上板和下板构成，空腔前部开孔，使其可以分别引入内涵道的高温气流和外涵道的低温气流；
下板在尾部逐渐向上板弯曲使得内部空间变窄，同时也在内涵道形成一个向外突扩的结构；
空腔内部设置有喷油杆，空腔尾部开缝；
上板在尾部有小波瓣结构。
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