CN107504517B - 一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，涉及涡轮/冲压组合发动机和涡扇发动机加力/冲压燃烧室技术领域，能够在不明显增加阻力损失的基础上，增强点火后火焰在周向的传播，本发明包括：周向交错棱台、燃油喷注孔、台阶平面、热反射斜平面、进气口、出气口、出气通道、进气通道、外壁，外壁是中空的圆柱形，外壁的一端是进气口；进气口连接进气通道，进气通道的内侧设置周向交错棱台；周向交错棱台延伸至台阶平面并且和台阶平面之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔；台阶平面延伸并连接热反射斜平面，热反射斜平面连接出气通道，出气通道另一端连接出气口。本发明适用于加力燃烧室或冲压燃烧室中的点火装置。

Description

一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥
技术领域
本发明涉及涡轮/冲压组合发动机和涡扇发动机加力/冲压燃烧室技术领域，尤其涉及一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥。
背景技术
涡轮/冲压组合循环发动机以拓宽飞行包线、实现常规起落、可重复使用的性能优点备受关注，也是现阶段被认为最有潜力的高超声速飞行器动力装置。为达到更大的推重比，现代先进的涡扇发动机流量大、流速更快，同时由于涡轮/冲压组合循环发动机超宽的工作范围，使得进入串联式涡轮/冲压组合循环发动机中加力/冲压多模态燃烧室的来流条件变化更大，最高来流速度大大提高，稳定组织燃烧的难度系数加大。
在加力燃烧室或冲压燃烧室中，一般可采用中心点火及外凹腔点火作为值班点火，其中，径向传焰借助径向稳定器加速传播，周向的传焰能力一般需要依靠环形稳定器来提高。然而，在高速流场中，环形稳定器会带来很大的阻力损失。
因此，现有技术中，缺少一种能够稳定周向传焰能力，又不会影响飞行效果的稳焰装置。
发明内容
本发明提供一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，在不增加环形稳定器的前提下，对中心锥加强扰动和混合设计，通过周向交错棱台与台阶平面连接形成的突扩结构，使得气流在台阶平面形成回流区，在不明显增加阻力损失的基础上，增强点火后火焰在周向的传播。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，包括：周向交错棱台（1）、燃油喷射孔（2）、台阶平面（3）、热反射斜平面（4）、进气口（5）、出气口（6）、出气通道（7）、进气通道（8）、外壁（9），
外壁（9）是中空的圆柱形，外壁（9）的一端是进气口（5），气流从进气口（5）进入；
进气口（5）连接进气通道（8），进气通道（8）的内侧设置周向交错棱台（1），周向交错棱台（1）延伸至台阶平面（3）并且和台阶平面（3）之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔（2），其中，气流从进气口（5）流入后形成回流区，周向交错棱台（1）加强气流在回流区的周向扩散速度，燃油从燃油喷射孔（2）喷出后，在高速气流的冲击下破碎雾化成为油雾液滴；
台阶平面（3）延伸并连接热反射斜平面（4），热反射斜平面（4）连接出气通道（7），出气通道（7）另一端连接出气口（6），其中，台阶平面（3）位置形成的回流区组织稳定燃烧后出现持续的高温区，热反射斜平面（4）将吸收的辐射热反射至外壁（9），减小出气口（6）中心位置的热辐射强度，使具有周向交错棱台的台阶式中心锥径向方向的辐射强度均匀，降低出气通道（7）的高温燃烧区温度，降低发动机的红外辐射。
进一步的，周向交错棱台（1）呈凹凸状，由突起方台与凹陷方台交替排布，一体成型。
本发明的有益效果是：在不增加环形稳定器的前提下，增强火焰在周向的传播，提高值班点火可靠性及燃烧的稳定性，利于地面及高空熄火再点火的实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明轴向截体的结构示意图；
图2是无周向交错棱台台阶式中心锥轴向截体的结构示意图；
图3是无交错棱台截锥式中心锥轴向截体的结构示意图；
图4是本发明周向截面速度矢量图；
图5是无交错棱台台阶式中心锥周向截面速度矢量图；
图6是本发明燃油喷射孔后方50mm截面等值线图；
图7是无交错棱台台阶式中心锥燃油喷射孔后方50mm截面等值线图；
图8是本发明出口温度等值线图；
图9是无热辐射斜面结构中心锥的出口温度等值线图。
其中，1-周向交错棱台，2-燃油喷射孔，3-台阶平面，4-热反射斜平面，5-进气口，6-出气口，7-出气通道，8-进气通道，9-外壁。
实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，如图1所示，包括：周向交错棱台1、燃油喷射孔2、台阶平面3、热反射斜平面4、进气口5、出气口6、出气通道7、进气通道8、外壁9。
外壁9是中空的圆柱形，外壁9的一端是进气口5；
进气口5连接进气通道8，进气通道8的内侧设置周向交错棱台1；
周向交错棱台1延伸至台阶平面3并且和台阶平面3之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔2。
台阶平面3延伸并连接热反射斜平面4，热反射斜平面4连接出气通道7，出气通道7另一端连接出气口6。
气流从进气口5流入，经过周向交错棱台1，受到剪切和掺混，气流因为周向交错棱台1的掺混，湍流度加大，加快了火焰的传播速度，同时也增强了火焰的径向脉动幅度，加大火焰径向传播距离。
气流通过进气通道8流入台阶平面3，在台阶平面3形成回流区，燃油喷射孔2喷出的燃油在回流区被破碎雾化，周向交错棱台1与台阶平面3形成的突扩高度能够控制回流区的回流量，避免在台阶下游出现回流区。
火焰燃烧产生的热辐射通过热反射斜平面4反射，反射至外壁9上，而不是径直经过出气通道7从出气口6流出，因此减小了出气口6处的热辐射强度。
本发明的结构示意图如图1所示，无周向交错棱台台阶式中心锥如图2所示，无交错棱台截锥式中心锥如图3所示。本发明提供的具有周向交错棱台的台阶式中心锥，周向交错棱台1后端面后方50mm位置截面的速度矢量图如图4所示；无周向交错棱台台阶式中心锥，在同样位置截面的速度质量图如图5所示，根据图4、图5可得，具有周向交错棱台的台阶式中心锥在台阶处出现周向流动，相邻回流区之间的质量、动量交换产生周向气动力，为增强油雾掺混及加速火焰传播提供流场基础。
本发明燃油喷射孔2后方50mm截面等值线图如图6所示，无交错棱台台阶式中心锥燃油喷射孔后方50mm截面等值线图如图7所示，对比图6、图7中1000K等值线的位置，图6火焰径向传播距离大于图7火焰径向传播距离，因此本发明中周向交错棱台1能够增长火焰的径向传播距离。
本发明出口温度等值线图如图8所示，无热辐射斜面结构中心锥的出口温度等值线图如图9所示。对比图8、图9，图9的出口最高温度出现2800K的区域，图8的出口最高温度达到2700K，说明具有热反射斜平面4会使燃烧出口截面的温度分布更为均匀，且将最高温度的降低100K左右。
综上，本发明的有益效果包括：
（1）加速火焰周向传播，由于周向交错棱台的作用，致使相邻回流区的大小出现差异，回流量发生变化，在相邻的回流区间出现质量、动量交换现象，则会造成周向的流动，加剧周向速度的湍动能，加速火焰的周向传播；
（2）强化燃油的雾化，加强油雾掺混，相邻回流区间的质量、动量交换以及湍动能的加剧，增强周向气动剪切力，有利于回流区内油雾液滴的破碎雾化，提高气流的掺混能力；
（3）相比于相同堵塞比的中心锥，稳定点火源位置不在燃烧室中心，高温点火源更靠外壁面方向，且点火后形成的稳定点火源是一个环形，更利于火焰在外围处的周向传播；
（4）相比于相同堵塞比台阶截面，径向火焰传播高度增加，交错棱台结构致使台阶位置的流动湍流度加大，加速火焰的传播，同时加强径向的脉动幅度，增长使火焰径向的传播距离；
（5）减小燃烧出口热辐射，台阶平面位置形成的回流区组织稳定燃烧后出现持续的高温区，热反射斜面将吸收的辐射热反射至外壁（隔热屏所在位置），减小燃烧出口中心位置的热辐射强度，使燃烧室径向方向的辐射强度均匀。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，其特征在于，包括：周向交错棱台（1）、燃油喷射孔（2）、台阶平面（3）、热反射斜平面（4）、进气口（5）、出气口（6）、出气通道（7）、进气通道（8）、外壁（9），
外壁（9）是中空的圆柱形，外壁（9）的一端是进气口（5）；
进气口（5）连接进气通道（8），进气通道（8）的内侧设置周向交错棱台（1）；周向交错棱台（1）延伸至台阶平面（3）并且和台阶平面（3）之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔（2）；其中，气流从进气口（5）流入后形成回流区，周向交错棱台（1）加强气流在回流区的周向扩散速度，燃油从燃油喷射孔（2）喷出后，在高速气流的冲击下破碎雾化成为油雾液滴；
台阶平面（3）延伸并连接热反射斜平面（4），热反射斜平面（4）连接出气通道（7），出气通道（7）另一端连接出气口（6）其中，台阶平面（3）位置形成的回流区组织稳定燃烧后出现持续的高温区，热反射斜平面（4）将吸收的辐射热反射至外壁（9）；周向交错棱台（1）呈凹凸状，由突起方台与凹陷方台交替排布，一体成型。
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