CN106678876B - 一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，可以有效提高油气混合程度，增加混气停留时间，提高燃烧效率。由内外涵道来的气流通过滑动挡板式的后涵道引射器在整流支板火焰稳定器间进行混合，气流通过整流支板火焰稳定器两侧表面开设的进气小孔进入支板内部，经过隔板形成的气流通道，途中速度降低，并对燃油通道中的燃油进行加热，后由尾部火焰稳定器表面开设的喷气小孔向后方中心喷出，燃油通过供油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，受热后经连接火焰稳定器表面的喷油小孔喷出，燃油受多股气流扰动，进一步受热并与之混合，在后方低速回流区进行燃烧。由于燃油受热雾化蒸发效果较好，且被气流扰动，在低速区油气混合时间也较长，使得油气混合效果较好，故能够提高燃烧效率，同时可以在较小的油气比条件下实现点火和稳定燃烧。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室。
背景技术
加力燃烧室是航空发动机的重要部件。虽然其质量只占发动机总质量的20％左右，但却能大幅增大发动机推力。涡喷发动机采用加力燃烧室，推力增大比可达40％～50％；涡扇发动机采用加力燃烧室，推力增大比可达60％～70％甚至更高。采用加力燃烧室能大幅增大发动机的单位迎面推力和推重比，全面改善飞机的机动性并扩大飞行包线，提高战斗机的制空能力。因此，加力燃烧室在军用飞机的发展中占有重要地位。然而，由于加力燃烧室是利用主燃烧室过来的燃气进行喷油复燃，燃气流中的含氧量只有正常空气的约2/3～3/4，故其燃烧效率较低。另外，由于加力燃烧室多采用直射式喷嘴，燃油直接喷入气流中，燃油雾化效果较差，与气流混合的不够均匀，进一步降低了燃烧效率。
20世纪40年代，德国首先在JUMO-004E发动机上采用加力燃烧室，此后加力燃烧室被广泛应用于战斗机动力装置上。其设计技术随着航空发动机性能的提高而不断发展。上世纪90年代，有人提出了一种涡轮后框架的加力燃烧室一体化设计的方案，采用径向支板/稳定器与内外涵之间的壁式火焰稳定器的组合是该方案的最大创新之处。燃油喷杆位于火焰稳定器内部，向外喷油。采用这种方案会大幅度降低流体损失、减小加力燃烧室的长度，减轻质量，但仍然没有解决燃烧效率较低的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，与现有的技术相比，本方案的优点是在整流支板火焰稳定器表面开设小孔，内外涵道混合气流由表面小孔进入整流支板火焰稳定器内部，沿内部隔板形成的气流通道流动，途中对燃油通道内的油料进行加热，最后由开设在支板后槽的喷气小孔喷出，与同样在后方喷射的燃油进行混合燃烧。这样的设计可以提高高温气流对燃油的加热效果，有利于燃油的雾化蒸发及与气流的混合，同时气流在通道内部流速降低，由喷嘴喷出后，不仅对燃油喷射轨迹造成一定的扰动，也延长了油气混合的时间，进一步增强了燃油雾化及油气混合均匀程度，进而提高了燃烧效率。同时该设计可以在较小的油气比条件下实现点火和燃烧，能够有较宽的工作范围。
技术方案
本发明的目的在于提供一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室。
本发明技术方案如下：
一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，包括：整流支板火焰稳定器尺寸及布置方式，整流支板火焰稳定器内部燃油通道的形式，整流支板火焰稳定器表面进气小孔的排布形式及火焰稳定器表面喷油小孔和喷气小孔的排布。其特征在于：整流支板火焰稳定器固定在加力内锥和后涵道引射器之间，周向均匀排列，设置8～12片，每片整流支板火焰稳定器长度300～400mm，厚30～50mm，火焰稳定器尾部呈弧形，半径40～80mm。燃油由外部输油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，燃油通道形状与支板形状近似相同，壁面厚度为2～3mm，在支板两侧表面开设进气小孔，小孔直径1～3mm，开设2～4排，采用顺排或者错排的方式。在弧形火焰稳定器表面中心开设喷油小孔，在喷油小孔左右两侧对称开设喷气小孔，孔径为0.5～2mm，气流沿弧形表面法向喷射。在整流支板火焰稳定器内部设置关于燃油通道对称的隔板，隔板厚1～2mm，与中心面成5～10°的夹角。燃油经后部喷嘴喷入低速回流稳定区，与气体混合后，在整流支板火焰稳定器后方燃烧。
该方案设计的加力燃烧室，其优点在于引入较高温度的气流进入整流支板火焰稳定器内部，在气流通道中减速后对燃油管道内的燃油加热，后由弧形火焰稳定器表面开设的喷气小孔沿表面法向喷向后方，对火焰稳定器表面喷油小孔喷出的燃油进行扰动混合，又由于喷出的气流速度较低，油气在后方低速区内扰动混合时间较长，燃油进一步受热蒸发，增强油气混合均匀程度，提高燃烧效率。同时本方案可以在较小的油气比条件下实现稳定着火，能适应较恶劣的工作条件，扩大了着火油气比范围。
附图说明
图1：一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室整体示意图
图2：一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室头部示意图
图3：整流支板火焰稳定器结构示意图
图中1-壳体2-滑动挡板式的后涵道引射器3-加力内锥4-整流支板火焰稳定器5-隔热屏6-内部隔板7-进气小孔8-喷油小孔9-喷气小孔10-燃油通道
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，本发明提供了一种新型的增设整流支板火焰稳定器内部气流通道，提高燃烧效率的一体化加力燃烧室。图1为一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室整体示意图，图2为一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室头部示意图，图3为整流支板火焰稳定器结构示意图。
由内外涵道来的气流先通过滑动挡板式的后涵道引射器2，然后在周向均匀排列的整流支板火焰稳定器4叶片间进行混合，混合后的气流通过整流支板火焰稳定器两侧表面开设的进气小孔7进入支板内部，流经内部隔板6与壁面形成的气流通道，减速并汇集到整流支板火焰稳定器头部，之后进入内层通道向尾部流动并对燃油通道中的燃油进行加热，最后由火焰稳定器尾部开设的喷气小孔9向中心喷出。燃油通过供油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道10，受热后经火焰稳定器尾部中心的喷油小孔8喷出，燃油喷出后受多股气流扰动，进一步受热并与之混合，在后方低速回流区进行燃烧。由于燃油受热雾化蒸发效果较好，且被气流扰动，在低速区油气混合时间也较长，使得油气混合效果较好，能够提高燃烧效率，同时可以在较小油气比条件下实现点火和稳定燃烧。
Claims (6)
1.一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，包括：整流支板火焰稳定器尺寸及布置方式，整流支板火焰稳定器内部燃油通道的形式，整流支板火焰稳定器表面进气小孔，喷油小孔和喷气小孔的排布形式，其特性在于：由内外涵道来的气流通过滑动挡板式的后涵道引射器在整流支板火焰稳定器间进行混合，气流通过整流支板火焰稳定器两侧表面开设的进气小孔进入支板内部，经过隔板形成的气流通道，对燃油通道中的燃油进行加热，后由火焰稳定器尾部开设的喷气小孔向中心喷出，燃油通过供油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，受热后经火焰稳定器表面中心的喷油小孔喷出。
2.根据权利要求1所述的一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，其特征在于：整流支板火焰稳定器固定在加力内锥和后涵道引射器之间，周向均匀排列，设置8～12片，每片整流支板火焰稳定器长度300～400mm，厚30～50mm，火焰稳定器尾部呈弧形，半径40～80mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，其特征在于：燃油由外部输油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，燃油通道形状与整流支板火焰稳定器形状近似相同，壁面厚度为2～3mm。
4.根据权利要求1或2所述的一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，其特征在于：在整流支板火焰稳定器两侧表面开设进气小孔，小孔直径1～3mm，开设2～4排，采用顺排或者错排的方式，排间距为小孔直径的1～10倍。
5.根据权利要求1或2所述的一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，其特征在于：在火焰稳定器尾部中心开设喷油小孔，在喷油小孔左右两侧对称开设喷气小孔，气流沿小孔中心法向喷射，小孔直径0.5～2mm。
6.根据权利要求1或2所述的一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室，其特征在于：在整流支板火焰稳定器内部燃油通道两侧对称布置隔板，隔板厚1～2mm，与中心面成5～10°的夹角。
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