CN106610029B - 一种支板射流的一体化加力燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种支板射流的一体化加力燃烧室，在一体化加力燃烧室的整流支板火焰稳定器两侧增加支板射流结构设计，与现有技术相比，燃油喷射方式发生改变，喷油方式变化为整流支板两侧及尾部进行喷射燃油：支板两侧喷射的燃油经过两侧支板的碰撞破碎，进行二次雾化；整流支板火焰稳定器尾部中心位置喷射燃油，燃油在高温气流的剪切力作用下，雾化蒸发效果加强，两种喷油方式的共同作用，使加力燃烧室的燃烧效率得到大幅度提高。同时，整流支板火焰稳定器两侧增加支板能够形成一定范围的回流区，达到降低高温气流的作用，从而提高加力燃烧室的燃烧稳定性。且由于加力内锥传输大量的热量于低温燃油，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
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。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。一般而言，进入加力燃烧室的气流首先经过扩压器，目的是降低流动速度。但是即使经过扩压，气体流速对于燃烧而言依然太高，为了解决流速过高的问题，钝体火焰稳定器，尤其是V形火焰稳定器被广泛地应用于传统的加力燃烧室。V形火焰稳定器大致可以分为两类：径向火焰稳定器和周向火焰稳定器。
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支板射流的一体化加力燃烧室。本技术采用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，同时在整流支板火焰稳定器两侧及尾部位置设置燃油喷射孔，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支板射流的一体化加力燃烧室。
本发明技术方案如下：
一种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以及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。
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-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。
本发明具有以下有益效果：
该发明在一体化加力燃烧室的整流支板火焰稳定器两侧增加支板射流结构设计，与现有技术相比，燃油喷射方式发生改变，喷油方式变化为整流支板两侧及尾部进行喷射燃油：支板两侧喷射的燃油经过两侧支板的碰撞破碎，进行二次雾化；整流支板火焰稳定器尾部中心位置喷射燃油，燃油在高温气流的剪切力作用下，雾化蒸发效果加强，两种喷油方式的共同作用，使加力燃烧室的燃烧效率得到大幅度提高。同时，整流支板火焰稳定器两侧增加支板能够形成一定范围的回流区，达到降低高温气流速度的作用，从而提高加力燃烧室的燃烧稳定性。
附图说明
图1：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：6-两侧支板7-整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔8-尾部中心位置燃油喷射孔
图4中：5-进油孔7-整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔8-尾部中心位置燃油喷射孔9-加力内锥外壁面10-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，此喷射方式为在整流支板火焰稳定器两侧增加支板和燃油喷射孔，燃油经燃油喷射孔喷射至支板发生碰撞，进行破碎以及二次雾化。图1为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，燃油由图3(7)整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔和图3(8)尾部中心位置燃油喷射孔喷出，对于两侧燃油喷射，燃油与图3(6)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。
由于燃油喷射前已是气体或者超临界体，粘性小、扩散系数大、溶解能力强、流动性能更好，两侧燃油喷射后与支板发生碰撞，破碎为更细小的液滴，雾化效果进一步加强，从而使燃油与周围空气混合的更加均匀，增强燃烧稳定性，提高燃烧效率；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 (6)

1.一种支板射流的一体化加力燃烧室，包括带有油腔的加力内锥、带有燃油通道的整流支板火焰稳定器、整流支板火焰稳定器两侧支板和整流支板火焰稳定器两侧及尾部位置的燃油喷射孔，其特征在于：加力内锥中心为空心状，加力内锥前端布置有进油孔，整流支板火焰稳定器与加力内锥相连，整流支板火焰稳定器中心为燃油通道，整流支板火焰稳定器两侧布置对称支板，对称支板为平板状，对称支板与整流支板火焰稳定器中心线夹角为20度-60度，整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔分别位于整流支板两侧面轴线上，且沿两侧面轴线均匀分布，整流支板尾部位置燃油喷射孔位于整流支板尾部面轴线上，且沿尾部面轴线均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种支板射流的一体化加力燃烧室，其特征在于：加力内锥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2-10mm，进油孔数量为2-6个。
3.根据权利要求1所述的一种支板射流的一体化加力燃烧室，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所述的一种支板射流的一体化加力燃烧室，其特征在于：整流支板火焰稳定器中心燃油通道宽度为5mm-20mm，长度为20mm-100mm，高度为100mm-300mm。
5.根据权利要求1所述的一种支板射流的一体化加力燃烧室，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧支板厚度为5mm-25mm，支板宽度为50mm-200mm，支板长度为150mm-300mm。
6.根据权利要求1所述的一种支板射流的一体化加力燃烧室，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧燃油喷射孔直径为0.5mm-1.5mm，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直径为0.5-1.5mm，燃油喷射孔数量为5-10个。
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