CN106594800A - 一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室 - Google Patents

一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室 Download PDF

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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply

Abstract

本发明提供了一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室，在一体化加力燃烧室中采用双油路喷射方式，在整流支板火焰稳定器两侧、尾部中心位置和加力内锥中心位置进行喷射燃油，同时，在整流支板火焰稳定器两侧增加支板射流结构设计。优点在于一部分燃油经加力内锥油腔进入整流支板火焰稳定器油道，在其两侧及尾部中心位置由直射式或者离心式喷嘴喷出，另一部分燃油经加力内锥中心位置喷油孔向加力燃烧室内喷射，双油路的共同作用，很大程度上增强燃油与空气的混合程度；并且在整流支板火焰稳定器两侧增加支板结构，在整流支板火焰稳定器两侧进行燃油喷射，燃油碰撞于支板内侧，能够有效改善加力燃烧室内燃油雾化蒸发效果，同时，两侧支板能够降低气流速度，稳定气流，这些方面的共同作用，能够有效地提高加力燃烧室的燃烧效率和燃烧稳定性。而且由于加力内锥传输大量的热量给低温燃油，也使得加力内锥自身的温度降低了，提高了红外隐身性能。

Description

一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种新型燃油喷射方式的一体化加力燃烧室。
背景技术
军用战斗机的的动力装置常通过加力燃烧室增加推力。目前世界各国空军现役主力战机动力装置均采用加力式涡轮风扇发动机。加力燃烧室位于燃气涡轮和喷管之间，是航空发动机的重要部件通过向从涡轮流出的高温高速气体喷射额外的燃油，它可以在短时间内极大地提高燃气温度并增加发动机推力。内/外涵混合扩压器、火焰稳定器、燃油喷嘴、防振隔热屏以及筒体等主要部件组成了传统的涡轮风扇发动机加力燃烧室。加力燃烧室的发展是一个不断提高加力温度，燃烧效率和燃烧稳定性，减少流体损失，减轻重量提高可靠性和适用性的过程。
传统的加力燃烧室喷油装置和火焰稳定器直接被安置在加力燃烧室主气体流路中，不可避免地对堵塞主气流产生堵塞，造成明显的总压损失，尤其是不开加力时的“冷态”下流阻损失较大，导致其耗油率较高，不能长期使用。将加力燃烧室火焰稳定器与涡轮后整流支板和带气膜冷却的加力内锥进行一体化设计，可取消传统加力燃烧室火焰稳定器，大大减小非加力“冷态”下的流阻损失，缩短加力燃烧室长度，减少附加质量，提高发动机的推重比。另外，引外涵空气冷却整流支板和加力内锥，可降低其壁温，从而降低加力燃烧室的红外辐射强度。
燃烧不稳定性，也称作振荡燃烧，是燃气轮机燃烧室、航空发动机主燃烧室及加力燃烧室、液体固体火箭发动机和工业锅炉等各种燃烧装置所经常遇到的现象。这种现象会导致燃烧装置乃至整个系统剧烈振动，发出巨大的噪声，热负荷增高，加剧污染物的产生，影响燃烧室和系统的正常工作，严重时还会造成系统部件损伤和破坏。
对于加力燃烧室，燃油燃烧效率和燃烧稳定性的提高至关重要，其中燃油油路设计以及喷射方式不同，能够很大程度的影响加力燃烧室内燃油的雾化蒸发效果，从而进一步影响燃烧室内的燃烧效率和燃烧稳定性。目前大部分一体化加力燃烧室燃油喷射方式简单，雾化效果较差，对于提高加力燃烧室性能方面，需要对燃油喷射方式进行进一步的深入研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室。本技术采用双油路喷射方式，在整流支板火焰稳定器两侧、尾部中心位置和加力内锥中心位置喷射燃油，同时，在整流支板火焰稳定器两侧增加支板射流结构设计，优点在于双油路的共同作用，很大程度上增强燃油与空气的混合程度；在整流支板火焰稳定器两侧增加支板结构，能够降低气流速度，稳定气流，且在整流支板火焰稳定器两侧设置燃油喷射孔，进行燃油喷射，燃油碰撞于支板内侧，能够有效改善加力燃烧室内燃油雾化蒸发效果，提高加力燃烧室内的燃烧效率和燃烧稳定性。
技术方案
本发明的目的在于提供一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室。
本发明技术方案如下：
一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室，包括加力内锥油腔分布形式、整流支板火焰稳定器、整流支板火焰稳定器燃油通道方式、整流支板火焰稳定器两侧支板设计、整流支板火焰稳定器两侧及尾部中心位置射流孔分布设置以及加力内锥中心位置燃油喷射孔分布设置。
所述加力内锥油腔分布形式，其特征在于：加力内锥中心为空心状，内壁面厚度与外壁面厚度为1.5mm-6mm，内壁面与外壁面之间距离为10mm-30mm，加力内锥前端进油孔，直径为2mm-10mm，进油孔数量为2-6个。
所述整流支板火焰稳定器，其特征在于：整流支板火焰稳定器厚度为20mm-40mm，宽度为100mm-350mm，高度为200-400mm。
所述整流支板火焰稳定器燃油通道方式，其特征在于：整流支板火焰稳定器与加力内锥相连，支板中心为燃油通道，通道宽度为5mm-20mm，长度为20mm-100mm，高度为100mm-300mm。
所述整流支板火焰稳定器两侧支板设计，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧中心位置增加对称支板，支板为平板状，支板与整流支板火焰稳定器中心线夹角为20度至60度，支板厚度为5mm-25mm，支板宽度为50mm-200mm，支板长度为150mm-300mm。
所述整流支板火焰稳定器两侧及尾部中心位置燃油喷射孔分布设置，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔位于中心位置，燃油喷射孔直径为0.5mm-1.5mm，燃油喷射孔沿整流支板竖直方向线性分布，单侧燃油喷射孔数量为4-10个；整流支板火焰稳定器尾部位置燃油喷射孔位于其中心位置，燃油喷射孔直径为0.5-1.5mm，燃油喷射孔沿整流支板竖直方向线性分布，数量为5-10个。
所述加力内锥中心位置燃油喷射孔分布设置，其特征在于：加力内锥中心位置设置燃油喷射孔，燃油喷射孔直径为0.5mm-2mm，分布情况为绕着加力内锥中心轴环形分布，分布排数为3-6排，每环数量为4-8个。
本发明具有以下有益效果：
该发明在一体化加力燃烧室采用喷油方式为双油路喷射及支板射流方式。本技术采用双油路喷射方式，在整流支板火焰稳定器两侧、尾部中心位置和加力内锥中心位置进行喷射燃油，同时，在整流支板火焰稳定器两侧增加支板射流结构设计，优点在于一部分燃油经加力内锥油腔进入整流支板火焰稳定器油道，在其两侧及尾部中心位置由直射式或者离心式喷嘴喷出，另一部分燃油经加力内锥中心位置喷油孔向加力燃烧室内喷射，双油路的共同作用，很大程度上增强燃油与空气的混合程度；并且在整流支板火焰稳定器两侧增加支板结构，在整流支板火焰稳定器两侧进行燃油喷射，燃油碰撞于支板内侧，能够有效改善加力燃烧室内燃油雾化蒸发效果，同时，两侧支板能够降低气流速度，稳定气流，这些方面的共同作用，能够有效地提高加力燃烧室的燃烧效率和燃烧稳定性。
附图说明
图1：双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室三维示意图
图2：整流支板火焰稳定器与加力内锥三维示意图
图3：单个整流支板火焰稳定器示意图
图4：单个整流支板火焰稳定器与加力内锥剖面示意图
图1中：1-机匣 2-引射器 3-加力内锥 4-整流支板火焰稳定器 5-进油孔
图3中：1-两侧支板 2-两侧燃油喷射孔 3-尾部中心位置燃油喷射孔
图4中：1-进油孔 2-整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔 3-尾部中心位置燃油喷射孔 4-加力内锥外壁面 5-加力内锥内壁面
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
结合图1、图2、图3、图4，本发明提供一种新型燃油喷射方式的一体化加力燃烧室，此喷射方式为双油路喷射方式，在整流支板火焰稳定器两侧、尾部中心位置和加力内锥中心位置喷射燃油，同时在整流支板火焰稳定器两侧增加支板射流结构设计。双油路共同作用，并且整流支板火焰稳定器两侧燃油经燃油喷射孔喷射至支板内侧发生碰撞，进行破碎以及二次雾化，两者共同作用，能有效提高加力燃烧室的燃烧效率和燃烧稳定性。图1为双油路支板射流一体化加力燃烧室三维示意图，图2为整流支板火焰稳定器与加力内锥三维示意图，图3为单个整流支板火焰稳定器示意图，图4为单个整流支板火焰稳定器与加力内锥剖面示意图。
燃油由图1(5)进油孔进入图1(3)加力内锥内部油腔，加力内锥处于高温燃气中，逐渐被加热，使油腔内的燃油温度不断上升，同时燃油经图1(4)整流支板火焰稳定器与加力内锥油腔相连的油道进入整流支板火焰稳定器，经高温混气的二次加热，油道内燃油温度进一步提高。燃油的温度不断上升，使燃油达到蒸发状态或超临界状态，之后，一部分燃油由图4(2)整流支板火焰稳定器尾部中心位置燃油喷射孔喷出燃油，此部分为中心油路；另一部分燃油由图4(2)整流支板火焰稳定器两侧燃油射流孔和图4(3)尾部中心位置射流孔喷出，此部分为外油路。对于中心油路喷射的燃油，由于加力内锥能够使加力燃烧室后形成宽阔的低速回流区，该部分燃油在低速区内与高温混气充分混合，预混效果加强，雾化效果也进一步增强；对于外油路的燃油喷射包括整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射和其尾部中心位置燃油喷射，对于两侧燃油喷射，燃油与图3(1)整流支板火焰稳定器两侧支板发生碰撞，破碎为更为细小的燃油液滴，经高温混气的进一步掺混，以及剪切力作用，二次雾化，混合均匀后进入加力燃烧室，参与燃烧；对于尾部中心位置燃油喷射，燃油直接喷射至加力燃烧室内，经高温混气的掺混和剪切力作用，形成预混较好的燃油混气，在加力燃烧室后段参与燃烧。双油路喷射的燃油在加力燃烧室内共同进行燃烧，加力燃烧室的燃烧效率和燃烧稳定性均得到有效提高。而且由于加力内锥传输大量的热量给低温燃油，也使得加力内锥自身的温度降低了，提高了红外隐身性能。

Claims (7)

1.一种双油路喷射及支板射流的一体化加力燃烧室，包括加力内锥油腔分布形式、整流支板火焰稳定器、整流支板火焰稳定器燃油通道方式、整流支板火焰稳定器两侧支板设计、整流支板火焰稳定器两侧及尾部位置燃油喷射孔分布设置以及加力内锥中心位置燃油喷射孔分布设置。
2.根据权利要求1所述加力内锥油腔分布形式，其特征在于：加力内锥中心为空心状，内壁面厚度与外壁面厚度为1.5mm-6mm，内壁面与外壁面之间距离为10mm-30mm，加力内锥前端为进油孔，进油孔直径为2-10mm，进油孔数量为2-6个。
3.根据权利要求1所述整流支板火焰稳定器，其特征在于：整流支板火焰稳定器厚度为20mm-40mm，宽度为100mm-350mm，高度为200-400mm。
4.根据权利要求1或2所述整流支板火焰稳定器燃油通道方式，其特征在于：整流支板火焰稳定器与加力内锥相连，支板中心为燃油通道，通道宽度为5mm-20mm，长度为20mm-100mm，高度为100mm-300mm。
5.根据权利要求1或3所述整流支板火焰稳定器两侧支板设计，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧中心位置增加对称支板，支板为平板状，支板与整流支板火焰稳定器中心线夹角为20度-60度，支板厚度为5mm-25mm，支板宽度为50mm-200mm，支板长度为150mm-300mm。
6.根据权利要求1和5所述整流支板火焰稳定器两侧及尾部位置燃油喷射孔分布设置，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔位于中心位置，燃油喷射孔直径为0.5mm-1.5mm，燃油喷射孔沿整流支板竖直方向线性分布，单侧燃油喷射孔数量为4-10个；整流支板火焰稳定器尾部位置燃油喷射孔位于其中心位置，燃油喷射孔直径为0.5-1.5mm，燃油喷射孔沿整流支板竖直方向线性分布，燃油喷射孔数量为5-10个。
7.根据权利要求1或2所述加力内锥中心位置燃油喷射孔分布设置，其特征在于：加力内锥中心位置设置燃油喷射孔，燃油喷射孔直径为0.5mm-2mm，分布情况为绕着加力内锥中心轴环形分布，分布排数为3-6排，每环数量为4-8个。
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