CN104848256B - 一种取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器，相比于传统薄膜蒸发式火焰稳定器，该稳定器取消了进气环，并在外稳定器入口处增加翻边；区别于传统的二维雾化槽，短型雾化槽具有更短的展向长度，此外在短型雾化槽上还开有径向小孔；调整两侧外稳定器之间距离以及喷油杆与薄膜蒸发式稳定器之间距离，从而调节进入薄膜蒸发式火焰稳定器的燃油比例；改变外稳定器型面，使未进入薄膜蒸发式火焰稳定器的燃油撞击在外稳定器上形成油膜并雾化。本发明利用薄膜蒸发式火焰稳定器稳定边界宽的优势，在保证薄膜蒸发式火焰稳定器稳定燃烧的前提下，有效地改善了燃烧室出口温度分布、缩短了火焰长度，改善了燃烧室出口温度分布。
Description
技术领域
本发明涉及航空动力推进系统领域，具体涉及一种取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器。相比于传统薄膜蒸发式火焰稳定器,该火焰稳定器能提高燃烧效率，缩短火焰长度，改善燃烧室出口温度分布。
背景技术
火焰稳定器是航空发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室的核心组件，火焰稳定器的设计很大程度上决定了燃烧室的火焰稳定性和联焰性能，其技术创新是发动机研制中需要不断探索的重要内容。
在高速气流下钝体具有点火平稳可靠、燃烧稳定、结构简单等特点，因此加力/冲压燃烧室通常采用钝体火焰稳定器进行稳焰，钝体火焰稳定器的结构形式主要包括V型槽火焰稳定器、吸入式火焰稳定器、双V型火焰稳定器、蒸发式火焰稳定器、薄膜蒸发式火焰稳定器、沙丘驻涡火焰稳定器等。其主要工作原理是：通过在钝体火焰稳定器后创造一个低速、高温的回流区，这个回流区能作为新鲜油气混合物的点火源持续点火，从而稳定火焰。
传统的加力/冲压燃烧室一般包括值班火焰稳定器、外伸径向稳定器、传焰槽以及内圈环形稳定器。薄膜蒸发式火焰稳定器由于稳定范围宽、点火油气比小等优势，故常作为值班火焰稳定器。而外伸径向稳定器、传焰槽以及内圈环形稳定器由于结构、成本等限制，一般选用V型槽或其改型的常规稳定器。传统薄膜蒸发式火焰稳定器由喷油杆、外稳定器、夹层环、进气环和内稳定器组成(见图1)。薄膜蒸发式火焰稳定器系统的具体工作原理如下：燃油通过喷油杆上的小孔喷入进气环，在内稳定器外壁和外稳定器内壁上形成油膜；油膜吸热蒸发与从进气环进入的高速气流掺混，之后油气混合物从内外稳定器之间的夹层环排出，经过内稳定器的高温回流区并燃烧；火焰扩张引燃外伸径向稳定器和传焰槽处的燃油，从而实现整个系统的稳定燃烧。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：传统薄膜蒸发式火焰稳定器具有阻力大、稳定器后方温度场不均匀、联焰性能差、效率低下等问题。为克服现有的技术不足，提供一种联焰性能更好、结构质量更轻、阻力更小的薄膜蒸发式火焰稳定器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在传统薄膜蒸发式火焰稳定器基础上，通过取消进气环，添加翻边，调整稳定器型面参数，改变燃油供给方式，从而设计一种联焰性能更好，结构质量更轻、阻力更小的薄膜蒸发式火焰稳定器。其特征在于：
取消进气环，并在外稳定器入口处添加翻边；
区别于传统的二维雾化槽，短型雾化槽具有更短的展向长度，此外在短型雾化槽上还开有径向小孔；
通过调整两侧外稳定器之间距离以及喷油杆与薄膜蒸发式稳定器之间距离，从而调节进入薄膜蒸发式火焰稳定器的燃油比例；
改变外稳定器型面，使未进入薄膜蒸发式火焰稳定器的燃油撞击在外稳定器上形成油膜并雾化；
本发明的原理如下：
燃油从双通逆喷到短型雾化槽上，经过喷溅雾化之后大部分燃油沿展向分布，小部分沿径向分布。沿展向分布的燃油受高速气流的剪切雾化作用，液滴直径进一步减小，并随气流一起进入薄膜蒸发式火焰稳定器，在内稳定器外壁和外稳定器内壁上形成油膜，油膜吸热蒸发并与气流掺混，从而形成油气混合物。油气混合物从内外稳定器之间的夹层环排出，经过内稳定器的高温回流区燃烧；小部分沿径向分布的燃油撞击在外稳定器的翻边或外稳定器外壁上，分成进入稳定器与未进入稳定器的两部分。进入稳定器的部分与沿展向分布的燃油类似，在稳定器内形成油气混合物之后，经过内稳定器后的回流区并燃烧；未进入稳定器的燃油在外稳定器外壁处形成油膜，与高速气流掺混之后，在外伸径向稳定器或连焰槽的回流区处燃烧，从而引燃外伸径向稳定器和传焰槽处的燃油，实现稳定燃烧。
本发明所具有的优点包括：
(1)、本发明利用薄膜蒸发式火焰稳定器稳定边界宽的优势，在保证稳定器稳定燃烧的前提下，使部分燃油不进入薄膜蒸发式稳定器(即更宽的径向分布)，从而能有效的改善燃烧室出口温度分布。
(2)、充分利用外稳定器外壁，使未进入薄膜式稳定器的燃油附着在外稳定器外壁上面，油膜与高速气流混合，形成油气混合物。相比于传统薄膜蒸发式稳定器，提高了外稳定器外壁附近的油气比，从而减少联焰难度。
(3)、相比于传统二维雾化槽，固定于双通上的短型雾化槽在保证喷溅雾化效果的前提下，有效的减少了迎风面积，降低流动阻力。
(4)、使用翻边代替了进气环，简化了稳定器结构，大幅度的降低薄膜蒸发式火焰稳定器质量。
(5)、由于在外稳定器入口处增加翻边，降低了薄膜蒸发式稳定器对来流方向和湍流度的敏感性，并有效增加了流量系数，改善火焰稳定器薄壁件的刚性。
附图说明
图1是传统薄膜蒸发式火焰稳定器简图。
图2是添加了雾化槽的薄膜蒸发式火焰稳定器简图。
图3是取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器简图。
图4是取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器局部供油雾化过程示意图。
附图标记说明：图1中的1是喷油杆，2是外稳定器，3是夹层环，4是进气环，5是内稳定器。图2中的6是二维雾化槽。图3中的7是短型雾化槽，8是双通，9是翻边，10是径向小孔。
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。
根据本发明的一个实施例如图3所示，对传统薄膜蒸发式火焰稳定器(如图1所示)及添加了雾化槽的薄膜蒸发式火焰稳定器(如图2所示)进行改造设计。相比于传统薄膜蒸发式火焰稳定器，本发明取消了限制燃油分布的进气环4，有效地减轻了结构重量；在外稳定器入口处增加翻边9，降低了薄膜蒸发式稳定器对来流方向和湍流度的敏感性，提高流量系数，改善薄壁件的刚性；相比于添加了雾化槽6的薄膜蒸发式火焰稳定器，喷油杆之间使用双通8连接，短型雾化槽7焊接于双通8之上，有效地减少迎风面积，从而降低阻力；
图4展示了薄膜蒸发式火焰稳定器供油雾化过程。燃油通过喷油杆1进入双通8，从双通上的小孔逆向喷射出来，利用短型雾化槽进行喷溅式雾化。燃油冲击之后分成四股，包括展向的两股以及径向的两股，其中展向分布的燃油占较大部分；展向分布燃油和径向分布燃油离开雾化槽后，高速气流对其进行剪切雾化；之后展向分布燃油随高速气流进入薄膜蒸发式火焰稳定器，在内稳定器外壁5和外稳定器内壁2上形成油膜，并蒸发。最后油气混合物从夹层环3排出，并燃烧；而径向分布燃油则随高温气流绕过或者进入薄膜蒸发式稳定器，绕过稳定器的燃油在外稳定器外壁2上形成油膜并与高速气流掺混。油气混合物在布置于夹层环3“上下”的外伸径向稳定器和连焰槽后燃烧，具有良好的连焰作用和更均匀的出口温度分布。
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)
1.一种取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器，其特征在于：
取消进气环，并在外稳定器入口处添加翻边；
区别于传统的二维雾化槽，短型雾化槽具有更短的展向长度，此外在短型雾化槽上还开有径向小孔；
调整两侧外稳定器之间距离以及喷油杆与薄膜蒸发式稳定器之间距离，从而调节进入薄膜蒸发式火焰稳定器的燃油比例，避免进入稳定器的燃油比例过小，从而无法实现稳定器稳定燃烧；
改变外稳定器型面，使未进入薄膜蒸发式火焰稳定器的燃油撞击在外稳定器上形成油膜并雾化；
两侧外稳定器之间距离以及喷油杆与薄膜蒸发式稳定器之间距离根据气动状况选取，避免进入稳定器的燃油比例过小，从而无法实现稳定器稳定燃烧；
该取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器燃油从双通逆喷到短型雾化槽上，经过喷溅雾化之后大部分燃油沿展向分布，小部分沿径向分布；沿展向分布的燃油受高速气流的剪切雾化作用，液滴直径进一步减小，并随气流一起进入薄膜蒸发式火焰稳定器，在内稳定器外壁和外稳定器内壁上形成油膜，油膜吸热蒸发并与气流掺混，从而形成油气混合物；油气混合物从内外稳定器之间的夹层环排出，经过内稳定器的高温回流区燃烧；小部分沿径向分布的燃油撞击在外稳定器的翻边或外稳定器外壁上，分成进入稳定器与未进入稳定器的两部分；进入稳定器的部分与沿展向分布的燃油类似，在稳定器内形成油气混合物之后，经过内稳定器后的回流区并燃烧；未进入稳定器的燃油在外稳定器外壁处形成油膜，与高速气流掺混之后，在外伸径向稳定器或连焰槽的回流区处燃烧，从而引燃外伸径向稳定器和传焰槽处的燃油，实现稳定燃烧；
该取消进气环的薄膜蒸发式火焰稳定器取消了限制燃油分布的进气环(4)，有效地减轻了结构重量；在外稳定器入口处增加翻边(9)，降低了薄膜蒸发式稳定器对来流方向和湍流度的敏感性，提高流量系数，改善薄壁件的刚性；相比于添加了雾化槽(6)的薄膜蒸发式火焰稳定器，喷油杆之间使用双通(8)连接，短型雾化槽(7)焊接于双通(8)之上，有效地减少迎风面积，从而降低阻力；
薄膜蒸发式火焰稳定器供油雾化过程：燃油通过喷油杆(1)进入双通(8)，从双通上的小孔逆向喷射出来，利用短型雾化槽进行喷溅式雾化，燃油冲击之后分成四股，包括展向的两股以及径向的两股，其中展向分布的燃油占较大部分；展向分布燃油和径向分布燃油离开雾化槽后，高速气流对其进行剪切雾化；之后展向分布燃油随高速气流进入薄膜蒸发式火焰稳定器，在内稳定器(5) 外壁和外稳定器(2) 内壁上形成油膜，并蒸发，最后油气混合物从夹层环(3)排出，并燃烧；而径向分布燃油则随高温气流绕过或者进入薄膜蒸发式稳定器，绕过稳定器的燃油在外稳定器(2) 外壁上形成油膜并与高速气流掺混，油气混合物在布置于夹层环(3)“上下”的外伸径向稳定器和连焰槽后燃烧，具有良好的连焰作用和更均匀的出口温度分布。
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