CN104776448B - 多功能模态可调稳焰支板 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种多功能模态可调稳焰支板方案，将传统的涡轮后框架支板改造成具有供油、喷油、稳焰、整流、冷却功能，同时低阻、高效的多功能模态可调稳焰支板方案。这一方案在非加力状态流阻损失小；在加力状态背风区大，产生的漩涡尺寸大、强度高、稳定性好，能够有效稳焰联焰，并提高燃烧效率；在整流状态有助于改善流场均匀性。另外，通过支板内部的冷却气孔，对自身冷却并向后方喷射形成冷却气膜，向前方喷射实现燃油气动雾化，解决了单独设立的火焰稳定器难以冷却以及燃油雾化质量差的难题。这一方案替代了原有加力燃烧室单独设置的火焰稳定器和油路系统，缩短了加力燃烧室长度、降低重量、减少零件数量，增大了发动机推重比的提升空间。
Description
技术领域
本发明涉及面向一体化加力燃烧室的多功能模态可调稳焰支板方案设计。
背景技术
航空发动机是战斗机的“心脏”，加力燃烧室对提高发动机的推力，改善战斗机的作战性能极为重要，其内部处于高温、高速、低含氧量的状态，因此要组织起有效的燃烧较为困难，所以火焰稳定器是加力燃烧室的核心部件。现在广泛应用的是钝体稳焰装置，主要以截面形状呈V形的周向径向V形槽火焰稳定器为主，并有与之匹配的复杂的油路和喷油装置，其他形式的钝体火焰稳定器，如沙丘驻涡火焰稳定器也正在得到应用。
传统的加力燃烧室结构虽然可以在短时间内极大地提高发动机的推力，但是其自身单独设置的稳焰和供油装置也制约了发动机推重比的进一步提高，如牺牲了6-8％的总压，长度增加1.3-1.5米，重量增加20-25％等。同时由于现有火焰稳定器属于固定结构，不能匹配发动机工作状态的变化，带来额外的附加重量和流动损失，尤其在非加力状态，其造成的流动损失都是毫无意义的。而且由于稳焰和供油装置直接布置在流道中，使对其进行的冷却工作也变得极为困难。
很多学者针对上述问题做了诸多探索。其中之一便是一体化的加力燃烧室的概念的提出，这一方案取消了单独设置的火焰稳定器和油路系统，对涡轮后框架支板进行改造，利用突扩原理和后台阶效应实现火焰稳定，从而大大简化了加力燃烧室的结构，降低了发动机的重量，减少了流动损失。
一体化加力燃烧室方案在一定程度上克服了传统加力燃烧室的的固有缺点，但是仍然存在较大问题：如因为其尾缘突扩尺寸较小，回流区面有限，稳焰效果不能尽如人意。在非加力状态，突扩结构仍然会产生不必要的流动损失。因此截锥支板方案可能陷入了一个尴尬的境地——在非加力状态源源不断的产生流动损失，在加力状态又因回流区尺寸小、强度差而稳焰效果不佳。
发明内容
为克服上述问题，本发明提出了一种新型多功能模态可调稳焰支板的解决方案，将涡轮后框架支撑支板进行三段设计，即流线型的头部、多功能支板主结构、模态可调尾部。其中流线型头部又称头罩，用以安置保护值班喷油杆；多功能支板主结构具有多种功能，其前后皆有腔道，分别为充填喷油杆插孔和冷却气引气孔，侧壁开凿两道凹腔结构用于形成凹腔驻涡，支板主结构本身与头部进行焊接处理，充填喷油杆插孔有喷油孔对应，冷却气孔除了冷却支板本身，还分别向前向后引气加强燃油气动雾化以及尾部的冷却；模态可调尾部能够根据发动机的工作状态，调整自身模态，实现最优匹配，还可以通过自身偏转实现整流目的，改善流场均匀性；整个新型多功能模态可调稳焰支板具有供油、喷油、稳焰、联焰、整流冷却的多重功能，同时具有低阻、高效的特点。
根据本发明的一个方面，提供了一种多功能模态可调稳焰支板，其特征在于包括：
带值班喷油杆插孔的全流线型头部；
带充填喷油杆插孔和冷却气进气孔的多功能支板主体；
带有模态调节装置的尾部，
其中，尾部的状态可被控制在处于以下状态之一：
尾部呈现闭合形态的非加力状态；
尾部呈现张开形态的加力状态；
尾部呈现闭合形态并单侧偏转的整流状态。
附图说明
图1A－1C分别示意地显示了根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的三种工作状态和相关构件。
图1D和1E示意的显示了普通后框架承力支板与多功能模态可调支板的结构对比差异。
图2A和2B示意地显示了根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的两种尾部控制实现方式，以及其中一种控制方式的详细作动原理。
图3示意地显示了根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的整体冷却流路图设计和燃油喷射的的气动雾化设计。
图4示意地显示了根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的流场气流和稳焰低速回流结构图。
具体实施方式
如图1A-1C所示，根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的三种工作状态包括：
非加力状态时尾部呈现闭合状态(图1A中的“模态A”)；
加力状态时尾部呈现无级张开角度状态(图1B中的“模态B”)；
整流状态时尾部呈现闭合无级偏转角度状态(图1C中的“模态C”)。
相应地，如图1A所示，根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板包括：
一个带值班喷油杆插孔4的全流线型头部1；
一个带充填喷油杆插孔5和冷却气进气孔6的多功能支板主体2；
一个无级模态可调的支板尾部3。
如图1D所示，为普通涡轮后框架支板的常规流线型外形。
如图1E所示，为处于尾部张开状态的根据本发明的多功能模态可调稳焰支板。
如图2A所示，根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的尾部控制方案包括：
由外部动力驱动的主动轮7，主动轮由固定轴8实现定位；
对齿条运动起辅助作用的从动轮9，从动轮由固定轴10实现定位，固定轴8与10插入在支板主体2中，实现自身固定；
受主动轮7的齿轮驱动做直线运动的双面齿条11，齿条中部加工有运动定位缝30，并通过铰链机构12与推杆13和16铰接；
分别通过铰链机构14、17与推杆13、16铰接的翅片15、18，两个翅片15、18通过推杆13、16的传力实现自身张开/闭合控制，同时通过固定轴19实现定位；
其中，在尾部张开控制上，通过主动轮7的逆时针转动，驱动双面齿条11向右侧运动，从而推动推杆13、16做功，从而实现翅片15、18的张开运动；
在尾部闭合控制上，通过主动轮7的顺时针转动即可，其作动原理与张开控制相对应。
如图3和图1A所示，根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的整体冷却流路和燃油喷射的的气动雾化部分包括：
通过冷却气进气孔6从外涵道引入的低温主冷却气20，主冷却气20首先对支板主体2进行冷却，此后分为前后两股，一股为向后进入后流腔道21的后流冷却气24，从而对翅片15、18的外侧进行气膜冷却，另一股为向前进入前流腔道22的前流冷却气25，前流冷却气25一方面进入充填喷油杆插孔5，对之形成冷却，另一方面通过充填喷油孔23和燃油一起向外流场喷出，实现燃油的气动雾化。
如图3和4所示，根据本发明的一个实施例的新型多功能模态可调稳焰支板的流场气流和稳焰低速回流结构包括：
主流流经支板外流场时在侧壁凹腔28处形成的凹腔驻涡结构26，主流在尾部3处于张开状态时因回流而出现的尾部大尺度主漩涡结构27，通过这两个低速回流区26和27，实现一体化加力燃烧室的有效稳焰和联焰。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多功能模态可调稳焰支板，其特征在于包括：
带值班喷油杆插孔(4)的流线型头部(1)；
带充填喷油杆插孔(5)和冷却气进气孔(6)的多功能支板主体(2)；
带有模态调节装置的尾部(3)，
其中，尾部(3)的状态可被控制在处于以下状态之一：
尾部呈现闭合形态的非加力状态(A)；
尾部呈现张开形态的加力状态(B)；
尾部呈现闭合形态并单侧偏转的整流状态(C)。
2.如权利要求1所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于：
尾部(3)与支板主体(2)之间设置有冷却缝隙(29)，后流冷却气(24)通过该冷却缝隙对尾部(3)进行热防护。
3.如权利要求2所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于所述支板主体(2)包括：
向后引气的后流腔道(21)，
向前引气的前流腔道(22)，
向主流喷油的喷油孔(23)，以及
侧壁开凿的凹腔结构(28)。
4.如权利要求2所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于所述可调尾部(3)包括：
由外力驱动的主动轮(7)，
起辅助作用的从动轮(9)，
起传力作用的双面齿条(11)，
起推动作用的推杆(13、16)，以及
作动控制主体翅片(15、18)。
5.如权利要求3所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于所述可调 尾部(3)包括：
由外力驱动的主动轮(7)，
起辅助作用的从动轮(9)，
起传力作用的双面齿条(11)，
起推动作用的推杆(13、16)，以及
作动控制主体翅片(15、18)。
6.如权利要求5所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于：
所述向后引气的后流腔道(21)向后方引入后流冷却气(24)进入冷却缝隙(29)，对作动控制主体翅片(15、18)进行冷却；
所述向前引气的前流腔道(22)向前方引入前流冷却气(25)进入充填喷油杆插孔(5)对之实现冷却，并最终从喷油孔(23)喷出，实现燃油的气动雾化；
所述侧壁凹腔结构(28)在其内部形成驻涡结构(26)，实现稳焰。
7.如权利要求4所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于：
所述主动轮(7)和从动轮(9)分别通过固定轴(8、10)实现定位；
所述双面齿条(11)中部开有定位缝(30)，通过固定轴(19)实现直线运动，并通过铰链机构(12)与推杆(13、16)进行连接；
所述推杆(13、16)通过铰链机构与作动控制主体翅片(15、18)连接，实现控制。
8.如权利要求1所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于：
所述尾部呈现张开形态的加力状态(B)时，尾部形成大尺度的漩涡结构(27)，实现支板的有效稳焰和联焰。
9.如权利要求1所述的多功能模态可调稳焰支板，其特征在于：
支板主体(2)与头部(1)通过组合加工而制成。
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