CN108131684A - 一种环形供油式一体化加力燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环形供油式一体化加力燃烧室。将涡轮后整流支板与火焰稳定器一体化设计，并采用双级整流支板火焰稳定器径向错位结构设计，这样在其下游更易形成较为稳定、尺寸范围较大和旋涡流动较强的低速回流区。两级整流支板之间设置一个整环凹槽稳定器。在加力内锥内部开一个油腔，并连接第一级整流支板内部的燃油通道，燃油吸收加力内锥的热量后，最后到达整环凹槽稳定器的内部。主燃油从整环凹槽稳定器两侧纵向喷出，值班燃油从其凹槽处喷出形成值班火焰，实现软点火。通过合理地开喷嘴小孔，可以有效地提高燃油雾化效果，从而提高了稳定性和燃烧效率。本发明的优势在于采用径向错位的双级整流支板，形成更好的回流区，同时利用整环凹槽稳定器纵向喷油，增加油气混合效果，并形成值班火焰，实现软点火，从而有效提高了燃烧稳定性。

Description

一种环形供油式一体化加力燃烧室
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种环形供油式一体化加力燃烧室，从而提高加力燃烧室内的燃烧效率。
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常常通过加力燃烧来增加推力。加力燃烧室的发展过程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。新一代战斗机要实现非加力状态超声速巡航，这要求发动机及加力燃烧室结构更加紧凑，减少加力部件，降低非加力状态下总压损失，提高中间状态推力。另外，传统的加力燃烧室采用多点直接喷射，雾化效果较差，使得燃烧效率显著下降。因此，探索新型加力燃烧室技术方案有着很大的现实和军事意义。
美国专利US005385015和US005685140提出了一种加力燃烧室和涡轮后框架一体化的设计方案，将低压涡轮后整流支板和火焰稳定器一体化设计，燃油喷嘴和火焰稳定器采用近配合，燃油从支板两侧横向喷出，利用稳定器后突扩形成的回流区稳定火焰。但是，整流支板后面形成的回流区比较小，旋涡程度较低，横向喷射的主燃油只有很少一部分被卷吸到回流区内部，火焰稳定器的稳焰能力也非常有限。
为了提高加力燃烧室的燃烧稳定性和燃烧效率，对整流支板火焰稳定器的结构和供油油路的布局设计具有很好的应用前景，有利于提高燃烧室的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种环形供油式一体化加力燃烧室。与现有技术相比，本发明采用双级整流支板火焰稳定器径向错位结构设计，能有效形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的回流区。并把油腔开在加力内锥里面，利用已燃高温气体加热内锥里的燃油，然后进入第一级整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，最后到达整环凹槽稳定器内部，并由主燃油喷嘴和值班燃油喷嘴喷出，能有效的增加燃油和空气的混合强度，提高燃烧稳定性和燃烧效率。结构设计较为简单，具有很好的应用前景。
技术方案
本发明的目的在于提供一种环形供油式一体化加力燃烧室。
本发明技术方案如下：
一种环形供油式一体化加力燃烧室，包括双级整流支板火焰稳定器的结构分布形式、燃油通道的分布形式以及整环凹槽稳定器上直射式喷嘴分布方式。其特征在于：第一级整流支板均匀分布在加力内锥上，两级整流支板之间设置一个整环凹槽稳定器，第二级整流支板均匀分布在该整环凹槽稳定器上，并与第一级整流支板径向错位分布。为了减少总压损失，其迎流面采用流线型设计。两级的整流支板数目均为12～16个，级整流支板火焰稳定器的径向长度比例为3:1，整流支板的具体尺寸应根据一体化加力燃烧室的整体尺寸进行比例分配，在满足强度要求的前提下，对整流支板火焰稳定器进行尺寸设置。从加力内锥内壁中心线设置一个燃油进入孔，孔的直径为5～15mm，燃油经由燃油进入孔进入加力内锥内部的油腔，该油腔和加力内锥形状相似，加力内锥的内外壁厚度为3～5mm。已被加热的燃油由油腔进入第一级整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，该燃油通道与整流支板形状相似，火焰稳定器的壁面厚度为2～4mm，最后燃油进入整环凹槽稳定器内部的通道，整环凹槽稳定器的壁面厚度为1～3mm。整环凹槽稳定器壁面两侧分布有直射式主燃油喷嘴小孔，在凹槽处分布值班燃油喷嘴小孔，主燃油喷嘴小孔直径为0.5～2mm，排数为1～3排，采用顺排或叉排方式，值班燃油喷嘴小孔直径为0.5～1mm，采用周向分布形式。
本发明具有以下有益效果：
在一体化加力燃烧室内采用径向错位的双级整流支板，与普通整流支板不同，已燃气流和外涵空气流分别通过第一、二级整流支板火焰稳定器，由于错位作用，在其下游能形成较为稳定的低速回流区，回流区的尺寸范围也比较大，外涵空气的错位补充，使得回流区的旋涡流动能力较大。接通加力时，值班燃油经由凹槽处的值班燃油喷嘴进入低速回流区，先行点火燃烧，实现加力燃烧室的软点火，保证发动机主机稳定工作。主燃油从整环凹槽稳定器的内外两侧的主燃油喷嘴喷出，分别进入已燃气流和外涵空气中，使得燃油雾化更好，能有效的增加燃油和空气的混合强度，从而提高燃烧稳定性和燃烧效率。结构设计简单，可行性高，有很大的应用前景。
附图说明
图1：环形供油式一体化加力燃烧室示意图
图2：一体化加力燃烧室双级整流支板及喷嘴局部结构分布示意图
图3：环形供油式一体化加力燃烧室剖视图
图中：1-机匣 2-可变截面后引射器 3-第一级整流支板火焰稳定器 4-第二级整流支板火焰稳定器 5-整环凹槽稳定器 6-主燃油喷嘴 7-值班燃油喷嘴 8-加力内锥 9-燃油进入孔 10-油腔 11-防震隔热屏 12-外涵空气进气道
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和图3，本发明提供了一种可以有效加强回流区的旋流强度和促进燃油雾化蒸发的环形供油式一体化加力燃烧室。图1为环形供油式一体化加力燃烧室示意图，图2为一体化加力燃烧室双级整流支板及喷嘴局部结构分布示意图，主要用来确定双级整流支板和喷嘴的结构分布形式，图3为环形供油式一体化加力燃烧室剖视图。
根据图1、2和3所示，第一级整流支板(3)和第二级整流支板(4)互相径向错位分布。已燃的高温燃气分别经过(3)和(4)，由于整流支板错位作用，在其下游更易形成较为稳定、尺寸范围较大的低速回流区。外涵空气通过可变截面后引射器(2)进入到回流区，从而加强了回流区的旋涡流动。燃油从燃油进入孔(9)进入油腔(10)，燃油在油腔(10)内被高温燃气加热到一定程度，随后进入第一级整流支板(3)内部的燃油通道，最后到达整环凹槽稳定器(5)内部。此时，燃油分为两部分：主燃油A和值班燃油B。当接通加力时，小部分燃油从值班燃油喷嘴(7)喷出，形成值班燃油B进入低速回流区，先行点火燃烧，实现加力燃烧室的软点火。大部分燃油从主燃油喷嘴(6)喷出，形成主燃油A，在已燃气流和外涵空气中进行破碎和雾化，最后进入回流区，由值班火焰引燃，加快燃烧。这种环形喷油方式，能有效的增加燃油和空气的混合强度，从而使燃烧充分，提高燃烧效率和稳定性。另外，低温燃油吸收了加力内锥(8)的热量，一定程度上提高了红外隐身性能。

Claims (5)

1.一种环形供油式一体化加力燃烧室，包括双级整流支板火焰稳定器的结构分布形式、燃油通道的分布形式以及整环凹槽稳定器上直射式喷嘴分布方式。其特征在于：第一级整流支板均匀分布在加力内锥上，两级整流支板之间设置一个整环凹槽稳定器，第二级整流支板均匀分布在该整环凹槽稳定器上，并与第一级整流支板径向错位分布。在加力内锥内部开一个油腔，并连接第一级整流支板内部的燃油通道，燃油吸收加力内锥的热量后，最后到达整环凹槽稳定器的内部，由直射式喷嘴小孔喷出。
2.根据权利要求1所述的一种环形供油式一体化加力燃烧室，其特征在于：两级的整流支板数目均为12～16个，其迎流面采用流线型设计。两级整流支板火焰稳定器的径向长度比例为3:1，在满足强度要求的前提下，整流支板的具体尺寸应根据一体化加力燃烧室的整体尺寸进行比例分配。
3.根据权利要求1所述的一种环形供油式一体化加力燃烧室，其特征在于：加力内锥内壁中心线设置一个燃油进入孔，孔的直径为5～15mm，油腔和加力内锥形状相似，加力内锥的内外壁厚度为3～5mm。燃油随后进入的燃油通道与整流支板形状相似，火焰稳定器的壁面厚度为2～4mm。
4.根据权利要求1所述的一种环形供油式一体化加力燃烧室，其特征在于：整环凹槽稳定器的壁面厚度为1～3mm。整环凹槽稳定器壁面两侧分布有直射式主燃油喷嘴小孔，在凹槽处分布有值班燃油喷嘴小孔。
5.根据权利要求1或4所述的一种环形供油式一体化加力燃烧室，其特征在于：主燃油喷嘴小孔直径为0.5～2mm，排数为1～3排，采用顺排或叉排方式，值班燃油喷嘴小孔直径为0.5～1mm，采用周向分布形式。
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