CN108561896B - 一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒 - Google Patents

一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒的结构设计方案。本技术在火焰筒内、外壳体前部设置双级导流叶片，使进入火焰筒的气流变成旋转气流且在火焰筒内部对冲减速形成低速区，增加了气流的停留时间和火焰稳定性。在两级导流叶片间设置分隔肋片，分隔气流以形成剪切层并提高火焰筒的结构强度。将外壳体上的分隔肋片处理成中空作为集油槽并开有进油孔和喷油孔，既减轻了重量又解决了燃料供给问题。

Description

一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒
技术领域
本发明属于微型发动机领域，具体涉及一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒。
背景技术
微型涡轮发动机近几年已成为国内外研究热点，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点，是最有前途的动力之一。微型涡轮发动机的工作原理和大型航空涡轮喷气发动机类似，但是与其相比尺寸要小了许多，为了达到额定的功率，转速也较常用发动机高出了许多。在厘米级燃烧室研究方面，美国处于领先地位，而国内的研究相对较为少，国内外虽然开展了微型燃烧室的相关研究工作，但对于微型燃烧室的流动特征和性能的研究较少，具有较大前景。
对于微型发动机(推力小于50daN)燃烧室，主要有两种：直流环形燃烧室和回流环形燃烧室，高性能微型发动机多采用直流环形燃烧，由于成本和空间限制，在燃油雾化、蒸发方面，基本采用结构简单的蒸发管式供油，采用此种方式供油方式可以在较短的燃烧停留时间条件下获得较高的燃烧性能。然而蒸发管式燃烧室的流场结构和燃烧效率均不太理想。
尺寸的微型化也带来了许多微型发动机所特有的问题，如：燃烧驻留时间短，燃油雾化困难，燃料燃烧不充分，这就要求更先进的燃油雾化装置；发动机尺寸小结构紧凑，这就意味着燃烧组织和流动组织更难。所以我们有必要提升微型燃烧室的燃油雾化效果。另外，火焰筒中合理的气流结构可以有效提高燃烧性能。常规发动机一般使用旋流器来产生旋转气流，实现旋流燃烧以稳定火焰。而微型发动机由于其重量和体积限制，采用旋流器这种方式是不太合理的。一些带有蒸发管的微型发动机采用逆主流喷射的方式来形成低速区，以稳定火焰。然而，这种方式产生的低速区范围小，稳定性差，对于火焰面的稳定性提高有限。所以，合理设计火焰筒以形成合适的流场结构对火焰的稳定和提高燃烧效率是很有帮助的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒的结构设计方案。本技术在火焰筒内、外壳体前部设置双级导流叶片，使通过主燃孔进入火焰筒的气流变成旋转气流且在火焰筒内部对冲减速。在两级导流叶片间设置分隔肋片，以起到分隔两级气流和提高火焰筒强度的作用。将外壳体上的分隔肋片处理成中空作为集油槽并开有进油孔和喷油孔。
技术方案
本发明的目的在于提供一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒。
本发明技术方案如下：
一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒，包括火焰筒的整体结构形式，主燃孔设计参数，分隔肋片的设计参数，内、外双级导流叶片的设计参数。
所述火焰筒整体结构形式，其特征在于：火焰筒为直流环形燃烧室的火焰筒，其轴向长度在80～100mm，外直径在100～110mm，内直径在50～60mm，火焰筒壳体厚度在1～2mm。
所述主燃孔设计参数，其特征在于：主燃孔为长方形，长度在4～6mm，宽度在4～6mm，两个主燃孔轴向并排，内、外壳体都周向均布10～20对，轴向距火焰筒前端10～30mm。
所述分隔肋片的设计参数，其特征在于：1、内、外分隔肋片都为环形，分别固定于内外壳体上，内外分隔肋片的轴向位置相同，位于两个主燃孔中间，并将两个主燃孔的进气分隔开；2、外分隔肋片为空心肋片，宽为3～5mm，厚为3～5mm，肋片朝向火焰筒外侧周向开有4～8个长方形进油孔，其长为4～6mm，宽为1～2mm，肋片朝向火焰筒内侧周向开有10～20个圆形喷油孔，其直径在0.5～1mm；3、内分隔肋片为实心肋片，宽为3～5mm，厚为0.5～1mm。
所述内、外双级导流叶片的设计参数，其特征在于：1、导流叶片为长方形叶片，长为5～10mm，宽为5～10mm，厚度在0.5～2mm，导流叶片数量与主燃孔数量相同；2、一、二级导流叶片分布在分隔肋片两侧，与主燃孔一一对应，安装边和旋向的配合结果应该使主燃孔进气方向发生改变；3、处于相同壳体上的同级导流叶片旋向和旋转角度相同，处于相同壳体上的不同级导流叶片旋向相反，内壳体导流叶片与外壳体相同级导流叶片的旋向相反，旋转角度在30～60度之间。
本发明具有以下有益效果：
首先，与传统微型发动机火焰筒相比，本发明在火焰筒内、外壳体前部设置双级导流叶片，使得进入火焰筒的气流成为旋转气流，降低了气流速度从而增加气流在火焰筒内停留时间。其次，燃油从外壳体分隔肋片上的喷油孔喷出，受到旋向相反的两级气流的剪切作用而进行二次破碎雾化，使得燃油液滴破碎得更均匀。再次，从外壳体主燃孔进入的气流与从内壳体主燃孔进入的气流在火焰筒内部相遇形成对冲区，此区域创造了气流速度等于火焰传播速度的条件从而实现火焰面的稳定，此区域湍流度高，能够提高燃料与空气的掺混程度，使燃料与空气掺混更均匀，且能防止燃料喷射到火焰筒内壳体导致积炭的形成。
附图说明
图1：一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒主视图
图2：一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒剖面图
图3：去掉前端面的火焰筒三维示意图
图4：分隔肋片剖面图
图中：1-火焰筒前端面2-火焰筒内壳体3-火焰筒外壳体4-外壳体掺混孔5-内壳体掺混孔6-外壳体主燃孔7-外壳体分隔肋片8-外壳体一级导流叶片9-外壳体二级导流叶片10-内壳体主燃孔11-内壳体分隔肋片12-内壳体一级导流叶片13-内壳体二级导流叶片14-进油孔15-集油槽16-喷油孔
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和图4，本发明提供了一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒的结构设计方案。图1为火焰筒主视图，图2为火焰筒剖面图，图3为去掉前端面的火焰筒三维示意图，图4为分隔肋片剖面图。
根据图2、图3和图4所示，本发明对火焰筒内、外壳体的主燃孔进行合理设计并设置了双级导流叶片，使进入火焰筒的气流变成旋转气流，且旋转向内的气流和旋转向外的气流在火焰筒内部相遇对冲形成低速区。在两级导流叶片间设置分隔肋片，燃油从外壳体分隔肋片的喷油孔喷出。其具体过程为：进入燃烧室的气流分为内外两股气流，外股气流流经燃烧室外机匣和火焰筒外壳体(3)之间的通道，内股气流流经燃烧室内机匣和火焰筒内壳体(2)之间的通道。外股气流在火焰筒内外压差的作用下通过外壳体主燃孔(6)进入火焰筒，这股气流受到外壳体一级导流叶片(8)和外壳体二级导流叶片(9)的导流作用而运动方向发生偏转，成为了旋转气流，向着火焰筒内部运动。同理，通过内壳体主燃孔(10)进入的气流，在内壳体一级导流叶片(12)和内壳体二级导流叶片(13)的作用下旋转向外运动。燃油从外壳体分隔肋片(7)的进油孔(14)进入到集油槽(15)，由喷油孔(16)喷射到火焰筒内进行燃烧。燃烧后的高温产物流经火焰筒后部，通过掺混孔掺混降温，以获得适当的燃烧室出口温度分布。
本发明相较传统火焰筒有许多优势：首先，由于内、外壳体的相同级导流叶片旋向相反，因此从不同壳体主燃孔进入的气流旋转方向相反，最终气流在火焰筒径向的中部相遇对冲，形成低速区，增加了气流在火焰筒内的停留时间；由于设置了两级导流叶片，所以在火焰筒内会存在两个低速区；在这两个低速区，气流速度降低，局部速度甚至会降为零，满足了火焰面驻定燃烧的条件。其次，外分隔肋片处理成中空以作为集油槽，燃油从进油孔进入集油槽并从喷油孔喷出，这种方式不仅解决了燃料供给问题，同时比蒸发管式的发动机结构更简单，重量更轻并且增加了环形火焰筒的结构强度。再次，在分隔肋片和两级不同旋向导流叶片的作用下，两级气流之间会形成强烈的剪切层，而燃油正好喷射在这个剪切层中，在气动力的作用下，燃油会雾化更加均匀，有利于提高燃烧效率。最后，由气流相遇对冲形成的低速区同样会使燃油的速度降低，防止燃油喷射到内壳体上而造成积碳。

Claims (5)

1.一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒，包括主燃孔的分布形式，分隔肋片的分布形式和内外双级导流叶片的分布形式，其特征在于：在火焰筒头部的内外壳体上都有两排主燃孔、双级导流叶片和分隔肋片；要求处于相同壳体上不同级导 流叶片旋向相反，内、外壳体的相同级导流叶片旋向相反，外壳体分隔肋片中空作为集油槽，并开有进油孔和喷油孔。
2.根据权利要求1所述的一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒，其特征在于：主燃孔为长方形，长度在4～6mm，宽度在4～6mm，两个主燃孔轴向并排，内、外壳体都周向均布10～20对，轴向距火焰筒前端10～30mm，内、外壳体上的主燃孔轴向位置相同。
3.根据权利要求1所述的一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒，其特征在于：内外分隔肋片都为环形，分别固定于内外壳体上，内外分隔肋片的轴向位置相同，位于两个主燃孔中间，并将两个主燃孔的进气分隔开。
4.根据权利要求1或3所述的一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒，其特征在于：外分隔肋片为空心肋片，宽为3～5mm，厚为3～5mm，肋片朝向火焰筒外侧周向开有4～8个长方形进油孔，其长为4～6mm，宽为1～2mm，肋片朝向火焰筒内侧周向开有10～20个圆形喷油孔，其直径在0.5～1mm，内分隔肋片为实心肋片，宽为3～5mm，厚为0.5～1mm。
5.根据权利要求1所述的一种带双级导流叶片的微型发动机火焰筒，其特征在于：导流叶片为长方形叶片，长为5～10mm，宽为5～10mm，厚度在0.5～2mm，导流叶片数量与主燃孔数量相同，一、二级导流叶片分布在分隔肋片两侧且方向相反，内、外壳体相同级导流叶片的旋向相反，旋转角度在30～60度之间。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112879949B (zh) * 2021-01-19 2022-04-05 南京航空航天大学 一种用于微型涡喷发动机燃烧室壁面进气孔的回流罩
CN115143489B (zh) * 2022-06-15 2023-08-11 南京航空航天大学 一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室
CN115143490B (zh) * 2022-06-15 2023-08-01 南京航空航天大学 一种周向交错对冲射流与全环大尺度旋流耦合的燃烧室

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1858498A (zh) * 2006-05-16 2006-11-08 北京航空航天大学 切向驻涡燃烧室
JP2008224087A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Hitachi Ltd ガスタービン燃焼器
CN101949551A (zh) * 2010-09-09 2011-01-19 北京航空航天大学 一种预混预蒸发燃烧室
CN103292356A (zh) * 2013-06-19 2013-09-11 北京航空航天大学 一种斜切主燃孔助旋低污染回流燃烧室
CN204460285U (zh) * 2014-12-03 2015-07-08 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 一种环形回流燃烧室火焰筒
CN204961141U (zh) * 2015-07-08 2016-01-13 中国科学院工程热物理研究所 一种空气雾化燃油喷嘴装置
CN205065800U (zh) * 2015-08-31 2016-03-02 中航商用航空发动机有限责任公司 富油焠熄贫油燃烧室
CN106678876A (zh) * 2016-11-18 2017-05-17 西北工业大学 一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1858498A (zh) * 2006-05-16 2006-11-08 北京航空航天大学 切向驻涡燃烧室
JP2008224087A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Hitachi Ltd ガスタービン燃焼器
CN101949551A (zh) * 2010-09-09 2011-01-19 北京航空航天大学 一种预混预蒸发燃烧室
CN103292356A (zh) * 2013-06-19 2013-09-11 北京航空航天大学 一种斜切主燃孔助旋低污染回流燃烧室
CN204460285U (zh) * 2014-12-03 2015-07-08 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 一种环形回流燃烧室火焰筒
CN204961141U (zh) * 2015-07-08 2016-01-13 中国科学院工程热物理研究所 一种空气雾化燃油喷嘴装置
CN205065800U (zh) * 2015-08-31 2016-03-02 中航商用航空发动机有限责任公司 富油焠熄贫油燃烧室
CN106678876A (zh) * 2016-11-18 2017-05-17 西北工业大学 一种在整流支板内设计气流通道的加力燃烧室

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