CN105698219A - 加力燃烧室及涡轮发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加力燃烧室及涡轮发动机。加力燃烧室包括：外筒体组件、中心体组件、油路组件、环形燃烧腔以及点火器。中心体组件包括：前体，位于加力燃烧室的轴向前端且与外筒体组件形成环形燃烧腔的供含氧气体进入的气体入口；中体，沿轴线位于前体的后方且连接于前体并与前体成为一体；以及后体，沿轴向位于中体后方且与中体滑动套设，并与外筒体组件形成环形燃烧腔的气体出口。点火器设置于与外筒体组件形成环形燃烧腔的中心体组件的对应部分，以用于对进入环形燃烧腔内的燃料和含氧气体形成的燃气进行点火，进而燃气旋转爆震燃烧，从而解决了加力燃烧室燃烧不稳定的问题，提高了燃烧的热效率，并改善了工质的做功能力。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天动力技术领域，尤其涉及一种加力燃烧室及涡轮发动机。
背景技术
加力燃烧室是军用小涵道航空燃气涡轮发动机的重要部件之一，其质量在发动机总质量中所占的比重非常小，却能在短时间内大幅提升发动机的推力，从而改善飞行器机动性、扩展飞行包线、夺取制空权。传统常规的燃气涡轮发动机加力燃烧室因为耗油率极高，而严重影响到战斗机的留空时间。另外，常规加力燃烧室存在燃烧不稳定问题，可能导致发动机熄火和系统结构的损坏，进一步限制了加力燃烧室的工作时间和工作性能。此外，燃气在进入加力燃烧室前，已经过涡轮的膨胀作用，工质压力较低，做功能力下降。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种加力燃烧室及涡轮发动机，加力燃烧室解决了常规加力燃烧室燃烧不稳定的问题，提高了燃烧的热效率，改善了工质的做功能力。
本发明的另一个目的在于提供一种加力燃烧室及涡轮发动机，涡轮发动机的加力燃烧室的结构简单，提高了涡轮发动机的推重比，延长了加力燃烧室的工作时间。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种加力燃烧室，其包括：外筒体组件、中心体组件、油路组件、环形燃烧腔以及点火器。中心体组件收容于外筒体组件内且与外筒体组件形成环形燃烧腔。油路组件受控连通于环形燃烧腔，以向环形燃烧腔提供燃料。其中，中心体组件包括：前体，位于加力燃烧室的轴向前端且与外筒体组件形成环形燃烧腔的供含氧气体进入的气体入口；中体，沿轴线位于前体的后方且连接于前体并与前体成为一体；以及后体，沿轴向位于中体后方且与中体滑动套设，并与外筒体组件形成环形燃烧腔的气体出口。点火器设置于与外筒体组件形成环形燃烧腔的中心体组件的对应部分，以用于对进入环形燃烧腔内的燃料和含氧气体形成的燃气进行点火，进而燃气旋转爆震燃烧。
为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种涡轮发动机，其包括上述所述的加力燃烧室。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的加力燃烧室中，外筒体组件与中心体组件形成环形燃烧腔，环形燃烧腔连通于油路组件并接收油路组件提供的燃料，而点火器设置在与外筒体组件形成环形燃烧腔的中心体组件的对应部分，可对进入环形燃烧腔内的燃料和含氧气体形成的燃气进行点火，进而使燃气旋转爆震燃烧，从而解决了常规加力燃烧室燃烧不稳定的问题，提高了燃烧的热效率，并改善了工质的做功能力。
在根据本发明的涡轮发动机中，由于采用上述所述的加力燃烧室，基于加力燃烧室的结构简单，减轻了质量，从而提高了发动机的推重比。此外，基于加力燃烧室采用了连续旋转爆震技术，使加力燃烧室由常规的等压燃烧转变为等容燃烧，从而显著提高了热效率，由此降低了涡轮发动机的加力状态的耗油率，进而可延长加力燃烧室的工作时间。
附图说明
图1是根据本发明的加力燃烧室及涡轮发动机的安装示意图；
图2是图1中的加力燃烧室的内部剖视图；
图3是沿图2中的A-A线观察到的中心体组件的前腔内的燃料喷口的周向位置示意图；
图4是沿图2中的B-B线观察到的加力燃烧室的点火器的周向位置示意图。
其中，附图标记说明如下：
1加力燃烧室Cf前腔
11外筒体组件Cm中腔
111外壳Cr后腔
1111收缩部13油路组件
112内衬131燃气管
113台阶132雾化喷头
1131环形立壁14环形燃烧腔
1132扩口斜环壁141气体入口
12中心体组件142气体出口
12f前体15调节机构
12f1截锥部151缸体
12f2环形部152活塞杆
12m中体16点火器
12r后体17支架
12r1弧锥部2机匣
12r2环形连接部21气流通道
121壳体211外涵通道
122第一分隔壁212内涵通道
123第二分隔壁3涡轮机
O燃料喷口4气体混合腔
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的加力燃烧室及涡轮发动机。
首先说明根据本发明第一方面的加力燃烧室。
参照图1至图4，根据本发明的加力燃烧室1包括：外筒体组件11；中心体组件12、油路组件13、环形燃烧腔14以及点火器16。
中心体组件12收容于外筒体组件11内且与外筒体组件11形成环形燃烧腔14。油路组件13受控连通于环形燃烧腔14，以向环形燃烧腔14提供燃料(即燃油)。其中，中心体组件12包括：前体12f，位于加力燃烧室1的轴向前端且与外筒体组件11形成环形燃烧腔14的供含氧气体进入的气体入口141；中体12m，沿轴线位于前体12f的后方且连接于前体12f并与前体12f成为一体；以及后体12r，沿轴向位于中体12m后方且与中体12m滑动套设，并与外筒体组件11形成环形燃烧腔14的气体出口142。点火器16设置于与外筒体组件11形成环形燃烧腔14的中心体组件12的对应部分，以用于对进入环形燃烧腔14内的燃料和含氧气体形成的燃气进行点火，进而燃气旋转爆震燃烧。
在根据本发明的加力燃烧室1中，外筒体组件11与中心体组件12形成环形燃烧腔14，环形燃烧腔14连通于油路组件13并接收油路组件13提供的燃料，而点火器16设置在与外筒体组件11形成环形燃烧腔14的中心体组件12的对应部分，可对进入环形燃烧腔14内的燃料和含氧气体形成的燃气进行点火，进而使燃气旋转爆震燃烧，从而解决了常规加力燃烧室1燃烧不稳定的问题，提高了燃烧的热效率，并改善了工质的做功能力。
根据本发明的加力燃烧室1，在一实施例中，参照图1和图2，外筒体组件11可包括：外壳111；以及内衬112，位于外壳111和中心体组件12之间、并连接于外壳111且与中心体组件12的外壁面形成环形燃烧腔14。其中，外壳111为外筒体组件11的承力部件，不直接接触环形燃烧腔14内的燃气，而内衬112与中心体组件12的外壁面一起构成环形燃烧腔14，虽然不直接承力，但工作环境恶劣。
在一实施例中，参照图1和图2，外筒体组件11还可包括：台阶113，形成于内衬112与外壳111的轴向前端并沿径向向中心体组件12突出，以使环形燃烧腔14的气体入口141相对环形燃烧腔14的主体变窄。
在一实施例中，参照图1和图2，前体12f可具有：截锥部12f1，位于轴向前方；以及环形部12f2，位于截锥部12f1的轴向后方。台阶113可具有：环形立壁1131，沿径向立设且位于前体12f的环形部12f2的上方；以及扩口斜环壁1132，位于环形立壁1131前方并向外壳111倾斜。
在一实施例中，参照图1和图2，中心体组件12可具有：壳体121；第一分隔壁122，设置于壳体121内且沿轴向位于前侧；以及第二分隔壁123，设置于壳体121内且沿轴向位于后侧。其中，壳体121的位于第一分隔壁122的轴向前方的部分与第一分隔壁122形成前体12f并形成中心体组件12的前腔Cf，壳体121的位于第一分隔壁122和第二分隔壁123之间的部分与第一分隔壁122和第二分隔壁123形成中体12m并形成中心体组件12的中腔Cm，壳体121的位于第二分隔壁123的轴向后方的部分与第二分隔壁123形成后体12r并形成中心体组件12的后腔Cr。
在一实施例中，参照图1和图2，后体12r可具有：弧锥部12r1，位于轴向后方；以及环形连接部12r2，位于弧锥部12r1的轴向前方，以与中心体组件12的中体12m的轴向后端滑动套设。外壳111可具有收缩部1111，收缩部1111对应后体12r的弧锥部12r1向内收缩，收缩部1111与后体12r的弧锥部12r1之间形成环形燃烧腔14的气体出口142。
在一实施例中，参照图1和图2，油路组件13可包括：燃料管131，一端连通于供油油路(未示出)，另一端连通于中心体组件12的前腔Cf；以及雾化喷头132，设置于且连通于燃料管131的所述另一端并位于中心体组件12的前腔Cf内，对经由供油油路以及燃料管131供入的燃料进行蒸发处理。中心体组件12的壳体121在前体12f的对应环形燃烧腔14的位置设置有沿径向贯通壳体121的且沿壳体121的周向分布的多个燃料喷口O，各燃料喷口O连通中心体组件12的前腔Cf和环形燃烧腔14，以使蒸发处理的燃料经由各燃料喷口O进入环形燃烧腔14。在这里补充说明的是，多个燃料喷口O沿壳体121的周向分布，可使燃料进入环形燃烧腔14的方向与经由环形燃烧腔14的气体入口141进入的含氧气体(作为氧化剂)流动方向呈90°，有助于燃料与含氧气体充分掺混。含氧气体可以提供纯氧气或空气。
在一实施例中，燃料管131沿中心体组件12的前腔Cf的径向中心伸入中心体组件12的前腔Cf内。但不仅限如此，燃料管131与中心体组件12的前腔Cf的具体连通位置可根据实际情况设置，只要保证燃料管131与中心体组件12的前腔Cf连通即可。
在一实施例中，参照图1和图2，点火器16可设置于中心体组件12的中腔Cm处，以用于对进入环形燃烧腔14内的燃气进行点火，进而燃气爆震燃烧。但不仅限如此，点火器16的具体设置位置可以根据环形燃烧腔14的大小进行适当调整。
在一实施例中，参照图1和图2，加力燃烧室1还可包括：调节机构15，设置在外筒体组件11内，以调节后体12r相对中体12m的轴向位置。在这里补充说明的是，基于发动机的不同工作状态，调节机构15使后体12r相对中体12m轴向移动的距离不同。
在一实施例中，参照图1和图2，调节机构15可位于中心体组件12的后腔Cr内，一端连接于壳体121在后体12r的部分，而另一端连接于第二分隔壁123，以调节后体12r相对中体12m的轴向位置。
在一实施例中，参照图2，调节机构15可为气缸，包括：缸体151，一端枢转连接于第二分隔壁123；以及活塞杆152，一端伸入缸体151，另一端伸出缸体151并与壳体121在后体12r的部分枢转连接。在这里补充说明的是，缸体151与油路组件13连通，活塞杆152的伸缩运动由缸体151内油压确定，而缸体151内油压可通过下面所述的涡轮发动机的控制系统通过调节进入缸体151内的燃油量来调节。当缸体151内油压逐渐增大时，活塞杆152伸出以推动后体12r向后运动，当缸体151内油压逐渐降低时，活塞杆152收缩以拉动后体12r向前运动。
在一实施例中，参照图2，加力燃烧室1还可包括：支架17，一端固定连接中心体组件12的后体12r，而另一端固定连接于外筒体组件11的外壳111。
在一实施例中，支架17可沿中心体组件12的周向成对设置。
在一实施例中，油路组件13的燃料管131与中心体组件12的前体12f固定连接，以使中心体组件12支撑在外筒体组件11内。
其次说明根据本发明第二方面的涡轮发动机。
根据本发明的涡轮发动机包括上述所述的加力燃烧室1。
在根据本发明的涡轮发动机中，由于采用上述所述的加力燃烧室1，基于加力燃烧室1的结构简单，减轻了质量，从而提高了发动机的推重比。此外，基于加力燃烧室1采用了连续旋转爆震技术，使加力燃烧室1由常规的等压燃烧转变为等容燃烧，从而显著提高了热效率，由此降低了涡轮发动机的加力状态的耗油率，进而可延长加力燃烧室1的工作时间。
在根据本发明的涡轮发动机中，在一实施例中，参照图1，涡轮发动机还可包括：机匣2，固定连接于加力燃烧室1的外筒体组件11，具有气流通道21，且气流通道21连通于环形燃烧腔14的气体入口141；以及涡轮机3，收容于机匣2。
在一实施例中，参照图1，外筒体组件11的台阶113的扩口斜环壁1132与中心体组件12的前体12f的截锥部12f1之间形成气体混合腔4，气流通道21经由气体混合腔4连通于环形燃烧腔14的气体入口141。
在一实施例中，参照图1，气流通道21可包括：外涵通道211，形成于涡轮机3与机匣2之间，以将含氧气体不经由涡轮机3而直接送入气体混合腔4；以及内涵通道212，形成于涡轮机3内部，以将含氧气体经由涡轮机3内部送入气体混合腔4。
在一实施例中，涡轮发动机还可包括：控制系统(未示出)，通信连接油路组件13以及调节机构15，调节机构15通过调节中心体组件12的后体12r相对中体12m的轴向位置以改变环形燃烧腔14的气体出口142的大小。
Claims (10)
1.一种加力燃烧室(1)，包括：
外筒体组件(11)；
中心体组件(12)，收容于外筒体组件(11)内且与外筒体组件(11)形成环形燃烧腔(14)；
油路组件(13)，受控连通于环形燃烧腔(14)，以向环形燃烧腔(14)提供燃料；
其特征在于，
中心体组件(12)包括：
前体(12f)，位于加力燃烧室(1)的轴向前端且与外筒体组件(11)形成环形燃烧腔(14)的供含氧气体进入的气体入口(141)；
中体(12m)，沿轴线位于前体(12f)的后方且连接于前体(12f)并与前体(12f)成为一体；以及
后体(12r)，沿轴向位于中体(12m)后方且与中体(12m)滑动套设，并与外筒体组件(11)形成环形燃烧腔(14)的气体出口(142)；
加力燃烧室(1)还包括：
点火器(16)，设置于与外筒体组件(11)形成环形燃烧腔(14)的中心体组件(12)的对应部分，以用于对进入环形燃烧腔(14)内的燃料和含氧气体形成的燃气进行点火，进而燃气旋转爆震燃烧。
2.根据权利要求1所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，外筒体组件(11)包括：
外壳(111)；
内衬(112)，位于外壳(111)和中心体组件(12)之间、并连接于外壳(111)且与中心体组件(12)的外壁面形成环形燃烧腔(14)；以及
台阶(113)，形成于内衬(112)与外壳(111)的轴向前端并沿径向向中心体组件(12)突出，以使环形燃烧腔(14)的气体入口(141)相对环形燃烧腔(14)的主体变窄。
3.根据权利要求2所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，
前体(12f)具有：
截锥部(12f1)，位于轴向前方；以及
环形部(12f2)，位于截锥部(12f1)的轴向后方；
台阶(113)具有：
环形立壁(1131)，沿径向立设且位于前体(12f)的环形部(12f2)的上方；以及
扩口斜环壁(1132)，位于环形立壁(1131)前方并向外壳(111)倾斜；
后体(12r)具有：
弧锥部(12r1)，位于轴向后方；以及
环形连接部(12r2)，位于弧锥部(12r1)的轴向前方，以与中心体组件(12)的中体(12m)的轴向后端滑动套设；
外壳(111)具有收缩部(1111)，收缩部(1111)对应后体(12r)的弧锥部(12r1)向内收缩，收缩部(1111)与后体(12r)的弧锥部(12r1)之间形成环形燃烧腔(14)的气体出口(142)。
4.根据权利要求1所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，中心体组件(12)具有：
壳体(121)；
第一分隔壁(122)，设置于壳体(121)内且沿轴向位于前侧；以及
第二分隔壁(123)，设置于壳体(121)内且沿轴向位于后侧；
其中，壳体(121)的位于第一分隔壁(122)的轴向前方的部分与第一分隔壁(122)形成前体(12f)并形成中心体组件(12)的前腔(Cf)；
壳体(121)的位于第一分隔壁(122)和第二分隔壁(123)之间的部分与第一分隔壁(122)和第二分隔壁(123)形成中体(12m)并形成中心体组件(12)的中腔(Cm)；
壳体(121)的位于第二分隔壁(123)的轴向后方的部分与第二分隔壁(123)形成后体(12r)并形成中心体组件(12)的后腔(Cr)。
5.根据权利要求4所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，
油路组件(13)包括：
燃料管(131)，一端连通于供油油路，另一端连通于中心体组件(12)的前腔(Cf)；以及
雾化喷头(132)，设置于且连通于燃料管(131)的所述另一端并位于中心体组件(12)的前腔(Cf)内，对经由供油油路以及燃料管(131)供入的燃料进行蒸发处理；
中心体组件(12)的壳体(121)在前体(12f)的对应环形燃烧腔(14)的位置设置有沿径向贯通壳体(121)的且沿壳体(121)的周向分布的多个燃料喷口(O)，各燃料喷口(O)连通中心体组件(12)的前腔(Cf)和环形燃烧腔(14)，以使蒸发处理的燃料经由各燃料喷口(O)进入环形燃烧腔(14)。
6.根据权利要求1所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，加力燃烧室(1)还包括：
调节机构(15)，设置在外筒体组件(11)内，以调节后体(12r)相对中体(12m)的轴向位置。
7.根据权利要求6所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，调节机构(15)位于中心体组件(12)的后腔(Cr)内，一端连接于壳体(121)在后体(12r)的部分，而另一端连接于第二分隔壁(123)，以调节后体(12r)相对中体(12m)的轴向位置。
8.根据权利要求6所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，调节机构(15)为气缸，包括：
缸体(151)，一端枢转连接于第二分隔壁(123)；以及
活塞杆(152)，一端伸入缸体(151)，另一端伸出缸体(151)并与壳体(121)在后体(12r)的部分枢转连接。
9.根据权利要求1所述的加力燃烧室(1)，其特征在于，加力燃烧室(1)还包括：
支架(17)，一端固定连接中心体组件(12)的后体(12r)，而另一端固定连接于外筒体组件(11)的外壳(111)。
10.一种涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括权利要求1-9中任一项所述的加力燃烧室(1)；
涡轮发动机还包括：
机匣(2)，固定连接于加力燃烧室(1)的外筒体组件(11)，具有气流通道(21)，且气流通道(21)连通于环形燃烧腔(14)的气体入口(141)；以及
涡轮机(3)，收容于机匣(2)。
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