CN107270325A - 一种旋流内锥一体化加力燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋流内锥一体化加力燃烧室。通过在加力内锥上布置旋流器，引入的冷却气经布置在加力内锥的旋流器，在其下游形成回流区，加速了混合气的形成，加强了燃烧过程，稳定火焰，同时改善了出口温度分布。布置在加力内锥上的旋流器和外部的整流支板火焰稳定器形成类似两级旋流器的装置，提高了燃油的雾化以及燃油的空间分布均匀度，使得燃烧更加充分，进而缩短了燃烧室总长度，减轻结构重量，降低阻力损失，使发动机的推重比具有了很大的提升空间。
Description
技术领域
本发明属于一体化加力燃烧室领域，具体涉及一种布置有旋流叶片的加力内锥结构设计，并且能够实现加力内锥后形成回流区，有效改善加力燃烧室内燃油雾化蒸发效果，加强燃烧过程，稳定火焰，提高燃烧效率。
背景技术
为了提高飞机的作战性能和扩大飞机包线，军用战斗机的动力装置通过加力燃烧来增加推力，采用加力燃烧室则是提高航空发动机推重比的重要技术手段。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。加力燃烧的总压损失和加力结构重量增加都会影响发动机的推力重量比。一方面加力的设置大大提高了发动机的推重比，另一方面它又制约了推重比的提高。
在20世纪90年代，国际上提出一种加力燃烧室和涡轮后框架一体化设计的方案。其主要特征是将涡轮后框架的整流支板与加力燃烧室的火焰稳定器进行一体化设计，在其内部装有燃油管路。这种方案有效的缩短了加力燃烧室的长度，使结构更加紧促，较少了流动损失，提高了推重比。
一体化加力燃烧室较传统加力燃烧室而言，在结构上将涡轮框架的整流支板与原有的火焰稳定器进行整合设计。加力燃烧室的回流区整体前移，对于涡轮后的燃气对复燃而言，一方面含氧量较纯空气减少，另一方面气流速度高。这对点火燃烧和稳定火焰十分不利，特别是一体化加力燃烧室在整合一些原有部件的基础上要有效的加强燃烧过程，稳定火焰存在一定的难度。在形成更稳定的回流区，稳定火焰上一体化加力燃烧室还可以进一步提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种布置有旋流叶片的加力内锥结构设计方案，该方案针对一体化加力燃烧室，能够提高其燃烧效率，改善燃烧过程。本技术在一体化加力燃烧室的加力内锥内腔布置旋流叶片，并与整流支板火焰稳定器进行匹配设计，优点在于能够在火焰稳定器后形成回流区，建立稳定的高温热源，稳定火焰和提高燃烧效率。并且提高了燃油的雾化以及燃油的空间分布均匀度，使得燃烧更加充分，进而缩短了燃烧室总长度，减轻结构重量，使发动机的推重比具有了很大的提升空间。
技术方案
本发明的目的在于提供一种旋流内锥一体化加力燃烧室。
本发明技术方案如下：
一种旋流内锥一体化加力燃烧室，包括布置有旋流叶片的加力内锥的设计以及和整流支板火焰稳定器两者的匹配设计。
所述的布置有旋流叶片的加力内锥，在整流支板火焰稳定器下游5～10mm处，进行加力内锥的出口设计，即在中空的加力内锥内引入冷却气，并在出口处设计并布置一个旋流器结构。
所述旋流器结构为基本的轴向旋流器，叶片数量为8～16，叶片高度适应加力内锥取10～20mm，叶片长度取15-20mm。叶片角度取30°～60°取逆时针方向，综合考虑旋流强度和阻力损失，一般取45°最好。
所述布置有旋流叶片的加力内锥和整流支板火焰稳定器的匹配设计，包括整流支板火焰稳定器数目的设计，与旋流叶片数目差保持在0～4个范围内。设计一定的偏转角度宜在30°～45°，偏转方向与旋流叶片相反，取顺时针方向。
本发明具有以下有益效果：
对于一体化加力燃烧室而言。加力燃烧室进口的气流温度高且是经过涡轮叶片扰动后的强烈紊流，这两个因素可以加快混合气的形成。但由于燃气含氧量低，流速快这对稳定火焰造成不利影响。本发明提供的一种旋流内锥一体化加力燃烧室，在加力内锥下游形成回流区，加速了混合气的形成，加强了燃烧过程，稳定火焰，同时改善了出口温度分布。布置在加力内锥上的旋流器和外部的整流支板火焰稳定器形成类似两级旋流器的装置，提高了燃油的雾化以及燃油的空间分布均匀度，使得燃烧更加充分，进而缩短了燃烧室总长度，减轻结构重量，降低阻力损失，使发动机的推重比具有了很大的提升空间。
附图说明
图1：一种旋流内锥一体化加力燃烧室整体示意图
图2：一种旋流内锥一体化加力燃烧室部分剖视图
图3：一种旋流内锥一体化加力燃烧室局部示意图
图1中1-机匣2-后涵道引射器3-整流支板火焰稳定器4-加力内锥5-轴向旋流器
图2中1-机匣2-后涵道引射器3-整流支板火焰稳定器4-加力内锥5-轴向旋流器
图3中1-加力内锥2-整流支板火焰稳定器3-轴向旋流器
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，本发明在一体化加力燃烧室中的加力内锥内部布置一个轴向旋流器。图1为一种旋流内锥一体化加力燃烧室整体示意图，图2为一种旋流内锥一体化加力燃烧室部分剖视图，图3为一种旋流内锥一体化加力燃烧室局部示意图。
如图2所示内涵的高温燃气经4-加力内锥外侧进入一体化加力燃烧室，在混合加力的涡扇发动机中，冷却气经4-加力内锥的空腔经过旋流器进入一体化加力燃烧室。加力燃烧室进口处的气流温度高且经过涡轮叶片扰动后的强烈紊流，与喷入一体化加力燃烧室内的燃油进行混合，形成可燃混合气，并在图2中的3-整流支板火焰稳定器和5-旋流器后方形成稳定回流区。
如图3布置在2-加力内锥上的3-旋流器和外部的1-整流支板火焰稳定器形成类似两级旋流器的装置，提高了燃油的雾化以及燃油的空间分布均匀度，使得燃烧更加充分，进而缩短了燃烧室总长度，减轻结构重量，降低阻力损失，使发动机的推重比具有了很大的提升空间。
Claims (4)
1.一种旋流内锥一体化加力燃烧室，包括加力内锥的设计，布置在加力内锥空腔内旋流器的设计以及和整流支板火焰稳定器两者的匹配设计。
2.根据权利要求1所述的一种旋流内锥一体化加力燃烧室，其特征在于：在整流支板火焰稳定器下游5～10mm处，进行加力内锥的出口设计，即在中空的加力内锥内引入冷却气，并在出口处设计并布置一个旋流器结构。
3.根据权利要求1所述的一种旋流内锥一体化加力燃烧室，其特征在于：所述旋流器结构为基本的轴向旋流器，叶片数量为8～16，叶片高度适应加力内锥取10～20mm，叶片长度取15-20mm。叶片角度取30°～60°取逆时针方向，综合考虑旋流强度和阻力损失，一般取45°最好。
4.根据权利要求1所述的一种旋流内锥一体化加力燃烧室，其特征在于：所述布置有旋流叶片的加力内锥和整流支板火焰稳定器的匹配设计，包括整流支板火焰稳定器数目的设计，与旋流叶片数目差保持在0～4个范围内。设计一定的偏转角度宜在30°～45°，偏转方向与旋流叶片相反，取顺时针方向。
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