CN108731029A - 喷气燃料喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞行器的燃气涡轮发动机的燃料喷射器具有包括燃料旋流器和/或外空气旋流器的燃料喷嘴。燃料旋流器可包括用于接收来自燃料管道的燃料的歧管和用于引导燃料从歧管到排出孔的多个燃料通道，其引导燃料具有旋流。燃料旋流器可构造成提供一致的喷射，同时最小化再循环区域；减少燃料进入歧管时的停留时间；当燃料流动通过燃料通道时最小化流动中断、边界层增长和/或压降；减少喷嘴内部的焦化；减少热应力；而且制造简单且成本低。外空气旋流器可包括第一和第二外空气旋流器部分，其具有提供旋转空气流动的相应的叶片和空气通道。外空气旋流器可构造成以宽的喷射角度改善雾化和喷射一致性；并尽量减少流动中断，用于提高流动性能。

Description

喷气燃料喷嘴
相关申请
本申请要求2017年4月25日提交的美国临时申请第62/489,523号的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
本发明总体涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及具有用于涡轮发动机的燃料喷嘴(例如喷气式燃料喷嘴)的燃料喷射器。
背景技术
涡轮发动机典型地包括从空气扩散器径向延伸的外壳和燃烧室。壳体包封燃烧室，用于燃烧燃料的容纳。燃烧室包括衬套和燃烧室圆顶，并且点火器安装至壳体并且径向向内延伸到燃烧室中用于点燃燃料。
涡轮机典型地还包括一个或多个燃料喷射器，用于将燃料从歧管引导至燃烧室。燃料喷射器还用于准备用于在燃烧之前与空气混合的燃料。每个喷射器典型地具有直接或经由管道连接至歧管的入口接头、在一端处连接至接头的管状延伸部或杆，以及连接至杆的另一端的一个或多个喷嘴，用于将燃料引导入到燃烧室中。燃料通道(例如管或圆柱形通道)延伸通过杆以将燃料从入口接头供应到喷嘴。可以提供适当的阀和/或流动分配器来引导和控制通过喷嘴的燃料的流动。经常将燃料喷射器置于均匀分隔的环形布置中，以一致的方式将燃料分配(喷射)到燃烧室中。另外的同心和/或串联的燃烧室可以各自包括它们自己的喷嘴布置，其可以被分开或者在共同的杆上支撑。由喷射器提供的燃料与空气混合并被点燃，使得膨胀的燃烧气体可以，例如，能够快速移动通过并旋转燃气涡轮发动机中的涡轮叶片以给飞行器提供动力，或以其他适当的方式在其他燃烧应用中。
发明内容
本发明提供了一种尤其应用于飞行器的燃气涡轮发动机中的燃料喷射器，并且更具体地涉及用于燃料喷射器的燃料喷嘴的独特的燃料旋流器和/或独特的外空气旋流器。
燃料旋流器可以提供一个或多个优点，包括用于提供增加的混合物均匀性的一致喷射、更有效的燃烧，以及改善的火焰稳定性，同时使沿着燃料流动路径的再循环区域最小化并且减少可能导致热点的燃料富集区的可能性；当减少进入燃料旋流器时燃料的停留时间；最小化当燃料沿燃料旋流器流动时流动中断、边界层增长和/或压降；减少喷嘴内部的焦化；减少热应力；和/或提供简单并且制造成本低的设计。
外空气旋流器可以提供一个或多个优点，包括改善的雾化和具有宽喷射角度的喷射一致性；增强的空气入口的有效面积，最小化流动中断并增强流动性能；流线型轮廓或其他结构特征用于减少流动中断；和/或提供可与燃料旋流器集成且一体化的设计。
根据本发明的一个方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的一个或多个燃料流动通道；其中，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个具有与流体流动方向横切的横截面面积，当所述燃料流动通道从所述燃料歧管向所述出口部分延伸时，所述横截面面积沿流体流动方向而缩减。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的多个燃料流动通道；其中，所述多个燃料流动通道中的每一个包括开放于所述燃料歧管的入口开口，所述多个燃料流动通道中的每一个的入口开口与所述多个燃料流动通道中的另一个的入口开口邻接。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的一个或多个燃料流动通道；其中，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个包括开放通过所述燃料歧管的径向向内延伸的壁的入口开口，并且所述燃料歧管的径向向内延伸的壁的部分朝所述燃料歧管的中央向内突出。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的多个燃料流动通道；其中，所述燃料旋流器主体包括延伸通过所述燃料旋流器主体的多个窗口用于减小应力，所述多个窗口位于所述多个燃料流动通道之间。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的一个或多个燃料流动通道；其中，所述燃料旋流器主体在其轴向上游端处具有轴向延伸的凹口用于应力减小，所述凹口周向地与所述燃料歧管分隔开并与所述燃料歧管相对。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的外空气旋流器包括：第一外空气旋流器部分和在第一外空气旋流器部分的径向内侧的第二外空气旋流器部分；其中，所述第一和第二外空气旋流器部分各自包括在其上游部分具有空气入口的多个空气流动通道；并且其中，所述第一外空气旋流器部分的空气入口相对于所述第二外空气旋流器部分的空气入口轴向偏置。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的空气旋流器包括：限定外壁的径向外罩、限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；其中，所述径向外罩的上游边缘相对于所述外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
以下描述和附图阐述了本发明的一些说明性实施方式。然而，这些实施方式仅指示可以采用本发明的原理的各种方式中的一些。根据本发明的各方面的其他目的、优点和新颖特征将在结合附图考虑时从以下详细描述中变得明显。
附图说明
图1是示例性燃气涡轮发动机的一部分的横截面图，示出了与燃烧室连通的燃料喷射器。
图2是包括根据本发明的示例性燃料喷嘴的示例性燃料喷射器的透视图。
图3是图2中的燃料喷射器的横截面侧视图。
图4A和图4B是在燃料喷射器中使用的示例性燃料喷嘴的透视图，其中，燃料喷射器的杆和内空气旋流器被移除。
图4C是燃料喷嘴出口端的平面图。
图5是燃料喷嘴的横截面侧视图。
图6A和图6B是根据本发明的燃料喷嘴的示例性燃料旋流器的透视图。
图7是燃料旋流器的侧视图，其中，预成膜器部分从视图中移除，并且其中，外壁被剖开以示出燃料旋流器的示例性歧管和示例性的内部的流动通道。
图8是沿图6A中的线8-8截取的燃料旋流器的横截面图。
图9是根据本发明的燃料喷嘴的示例性外空气旋流器的透视图。
图10是外空气旋流器的横截面侧视图。
图11是外空气旋流器的局部放大图。
图12是外空气旋流器的端部透视图。
图13-15示出了用于外空气旋流器的示例性装饰设计的附加说明，其中，虚线示出了目前不意图在形成装饰设计的一部分的外空气旋流器的部分。
具体实施方式
本发明的原理特别适用于燃气涡轮发动机的燃料喷射器和喷嘴，例如喷气燃料喷嘴，并且因此下面将主要针对这方面来描述。当然将可以理解，并且应该理解，本发明的原理可用于其他应用，特别是包括其他燃料喷嘴应用以及更一般地尤其在高温条件下由喷嘴喷射流体的应用。
参考图1，显示了用于飞行器的燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机10包括从空气扩散器14向前延伸的外壳12。壳体12和扩散器14包封用于容纳燃烧燃料的燃烧室20。燃烧室20包括衬套22和燃烧室圆顶24。点火器25安装到壳体12并向内延伸到燃烧室20中用于点燃燃料。上述部件在本领域中可以是常规的，并且它们的加工和制造是众所周知的。
燃料喷射器30被接收于形成在发动机壳体12中的孔32内并且向内延伸通过燃烧室衬套22中的孔34。燃料喷射器30包括发动机壳体12外部用于接收燃料(例如通过连接到燃料歧管或线路)的接头36；设置在燃烧室20内用于分配燃料的燃料喷嘴40；以及将燃料喷嘴40相对于接头36相互连接并且在结构上支撑燃料喷嘴40的容纳杆42。燃料喷射器30，例如经由环形凸缘41，适当地固定到发动机壳体12，该环形凸缘可以与的容纳杆一体地形成最接近接头36。所述凸缘41从容纳杆42径向向外延伸并且包括适当的装置，例如孔，以允许凸缘41容易且牢固地连接到发动机的壳体12并且从所述发动机的壳体断开，使用，例如紧固件(例如螺栓或铆钉)。当喷射器安装到发动机时，容纳杆42具有足以支撑燃烧室中的燃料喷嘴40的厚度，并且由合适于特定应用的材料形成。
现在参考图2-4B，更详细地示出了示例性燃料喷射器30和示例性燃料喷嘴40(也被称为燃料喷射器的尖端，或燃料喷嘴尖端)。如图所示，容纳杆42包括沿容纳杆42的长度延伸的中央纵向延伸孔50。诸如燃料供给管的一个或多个燃料管道52可以延伸通过孔50并流体地互连接头36和燃料喷嘴40。燃料管道52包括用于燃料通过的内部通道54。燃料管道52被容纳杆42的孔50包围，并且在燃料管道52的外表面和孔50的壁之间设置有环形绝缘间隙56。绝缘间隙56为燃料管道52中的燃料提供热保护。
如在图3中更详细地示出的那样，燃料喷嘴40具有中央轴线A，并且包括内空气旋流器58、外空气旋流器60，其在外侧围绕所述内空气旋流器，以及燃料旋流器62，其径向地位于内空气旋流器58和外空气旋流器60之间。在所示实施方式中，容纳杆42的低端包括喷嘴40的环形外罩64。外罩64在其下游端处连接到外空气旋流器60，例如通过在65处焊接或钎焊，或通过其他合适的手段。
外空气旋流器60可以包括形成容纳杆42的外罩64的延续件的环形壁66。外空气旋流器60可以包括多个旋流器叶片67和至少一个内空气流动导引表面68，在其下游端70处径向向内渐缩，以在喷嘴40的下游排放端72处以旋流方式朝中央轴线A引导空气。如图示的实施方式所示，外空气旋流器60可以包括第一外空气旋流器部分74和第二外空气旋流器部分76，其中，第一(圆顶)空气旋流器部分74位于第二(内)空气旋流器部分76的径向外侧。如下面进一步详细讨论的，每个外空气旋流器部分74和76可以包括多个叶片67和向内引导的环形下游部分，以便以旋流和缩减的方式朝中央轴线A并且朝燃料旋流器的下游端引导空气流动。
燃料旋流器62一般在上游入口部分77处从燃料管道52接收燃料，并且然后在下游出口部分78处以旋流运动分配燃料。如图所示，燃料旋流器62可在其下游出口部分78处包括预成膜器80。在示例性实施方式中，预成膜器80在其上游侧具有用于接收来自燃料旋流器62的旋流燃料的轴向延伸的旋流环81，以及在其下游侧的渐缩部分83，该渐缩部分朝排出端84径向向内渐缩以在喷嘴40的排放端72处朝中央轴线A以旋流方式引导燃料。预成膜器的下游渐缩部分83可以辅助燃料形成跨过预成膜器表面的薄的连续片材，并且当燃料沿着表面向下游传递时加速燃料。预成膜器80可以径向向内和在外空气旋流器60的下游端70的上游而设置，使得外空气旋流器60引导空气与从预成膜器80分配的燃料的下游的径向向内旋流的运动分量流动。
从预成膜器80分配的燃料还优选与通过内空气旋流器58的空气相互作用。内空气旋流器58优选地被燃料旋流器62和外空气旋流器60围绕。在所示实施方式中，内空气旋流器58位于在预成膜器80的排放端84的上游，并且包括一系列周向分隔开的叶片86，其设计成在预成膜器80的上游并且朝喷嘴40的排放端72以旋流方式引导空气。叶片86可以是弯曲的并相对于喷嘴40的中央轴线A切向取向以促进旋流。叶片86的数量、取向和位置可以根据期望的空气流动而变化。叶片86的轴向长度和叶片之间的通道也可以改变以增加(或减少)通过内空气旋流器的空气的量。
如图所示，内空气旋流器58具有布置在燃料旋流器62的径向向内的内环形壁88。内环形壁88具有界定空气通道(管道)89的径向内表面，在所述空气通道中，提供径向延伸的叶片86。在示例性实施方式中，环形壁88具有流线型几何结构，其带有空气通道89的流动面积在流动方向上减小。这使边界层生长最小化并防止空气流动的边界层分离。环形内壁88还充当在喷嘴40内居中延伸的隔热罩。例如，内壁88和燃料旋流器62分别在其间形成绝热间隙90，其起到保护燃料免受高温的作用。在示例性实施方式中，如果需要，绝热间隙90可以通过喷嘴40中的合适的(一个或多个)通道连接到容纳杆42的绝热间隙56用于排气。
现在转到图5-8，更详细地示出了燃料旋流器62。燃料旋流器62包括沿燃料旋流器的上游入口部分77和下游出口部分78之间的纵向轴线A延伸的燃料旋流器主体92。入口部分77构造成接收来自管道52的燃料源并且包括用于与燃料源流体连通的燃料歧管94。出口部分78可以包括预成膜器80并且构造成从燃料旋流器62的出口端96分配燃料。多个燃料渠道或燃料流动通道98将燃料歧管94与燃料旋流器的出口部分78流体互连。
如图示的实施方式所示，燃料歧管94可以在上游入口部分77处形成在燃料旋流器的主体92内，并且可以具有用于接收燃料管道52的向外开口100。歧管94径向向内延伸到主体92的一深度，并且具有向内表面或内壁102，其在所示实施方式中限定歧管的大致圆形构造。应该理解的是，歧管94可以具有其他构造，诸如多边形、梯形、矩形等，其中，歧管的流动面积、尺寸和构造由进入喷嘴的流体的体积和压力确定，并且优选地被设定尺寸和构造成改善流动性能，诸如通过减少停滞流动、减少燃料在歧管中的停留时间以减少焦化等。
歧管94的内壁102优选地具有突出部分104，该突出部分构造成朝歧管的中央向内突出，用于平衡流向各种燃料通道98的流动。在所示实施方式中，突出部分104是V形突出，朝燃料旋流器主体92的上游端部(例如，6点钟位置)定位。
最佳如图6所示，多个燃料流动通道98中的每一个都具有上游入口部分，该上游入口部分具有开放通过燃料歧管94的内壁102的入口开口106。在所示实施方式中，多个燃料通道98中的每一个的入口开口106与多个燃料通道98中的另一个的入口开口106直接相邻和/或邻接，使得燃料通道入口开口106围绕歧管94布置，而不带有分隔壁在歧管边界处，或者带有与歧管边界共享的最小流线轮廓的导引壁。这使燃料在歧管中的停留时间最小化，这可以使焦化最小化，并且还可以在燃料通过歧管到达燃料通道时减少流动中断以减小压降。
更具体地说，歧管94和燃料通道入口开口106的燃料润湿表面能够连续且平滑地成形以跟随燃料流动流线，以最小化燃料流动的中断。歧管94和燃料通道入口开口106也可以被构造成具有足够的尺寸和/或足够数量的通道，使得燃料可以进入歧管并且均匀地分配到每个通道98以供喷嘴分配而没有相当大的压力下降。
开放通向歧管94的每个燃料流动通道98向下游延伸到它们各自的出口端(出口开口)108，用于开放于燃料旋流器62的出口部分78(例如，如图7和图8所示)。以这种方式，每个燃料流动通道98可以由具有沿其入口部分和出口部分之间的燃料通道的长度的流动方向和流动面积的流动路径来描述。
在所示实施方式中，每个燃料流动通道98沿着燃料旋流器主体92在流动路径方向上以连续且逐渐改变的方向延伸以最小化流动中断、限制边界层生长和/或减少压力下降，当燃料从燃料歧管94流动至出口部分78时。优选地，燃料通道的入口的横截面面积是出口面积的横截面面积的两倍，即二比一的比例，但是也可以适应其它比率。在示例性实施方式中，由通道98提供的燃料流动路径优选最小化从燃料歧管94到通道的出口端108的距离以减少燃料的停留时间。以此方式，因为入口开口106可连接到燃料旋流器主体92的一侧上的单个歧管94，而出口端108可围绕燃料旋流器主体92周向分隔开(如图所示)，因此各个燃料通道98可以相对于彼此不平行，并且可以是沿燃料旋流器主体92延伸的非线性的、蜿蜒的、弯曲的流动路径。
在所示的实施方式中，每个燃料流动通道98具有横向于流体流动方向的横截面面积，当燃料通道从燃料歧管94朝出口部分78延伸时，所述横截面面积沿着燃料流动通道98的至少一部分缩减(尺寸减小)(例如，如图7最佳所示)。更具体地，每个燃料流动通道98的横截面面积可构造成从燃料歧管94处的入口开口106开始到旋流器62的出口部分78处的出口端108的面积中连续且逐渐减小。燃料通道的缩减横截面面积的这种构造可以减少流过通道的燃料的边界层生长和/或可以减小压降。
在示例性实施方式中，每个燃料流动通道98可具有从燃料流动通道的入口端到出口端的相同横截面区域轮廓。然而，应理解的是，燃料流动通道98中的一个或多个可以具有与流动通道98中的其它(一个或多个)沿着流动路径方向不同的横截面区域轮廓，这对于特定的应用可能是期望的。
燃料通道98的出口端部108可以围绕出口部分78的整个周长布置成环形均匀分隔开的阵列，使得燃料可以由喷嘴40一致地喷射(例如，如图8最佳示出的)。
在所示的实施方式中，燃料旋流器62在出口部分78处包括预成膜器80，并且燃料通道98的出口端108通过旋流环81的上游边缘110开放于预成膜器80的旋流环81中。
在示例性实施方式中，燃料通道的出口端108相对于垂直于燃料旋流器主体的纵向轴线A的平面以一角度(α)倾斜，并且还围绕纵向轴线A在周向方向上倾斜，以便当燃料被排放入到旋流环81中时向燃料提供旋流运动分量。以这种方式，出口端108的特定角度可以根据燃料的期望旋流而变化。
在示例性实施方式中，燃料通道98的每个出口端108被构造为计量槽108(为了清楚起见，使用相同的附图标记108来指代出口端和计量槽)。计量槽108可构造成计量流动通过通道98的燃料的量和/或以特定方式引导燃料旋流器62的排放端处的燃料。因此，当燃料从燃料旋流器62排出时，计量槽108可以提供改善的流动一致性，这可以减少再循环区域和热点，从而提高涡轮机的使用寿命。
在所示的实施方式中，计量槽108被构造为流动通道98的末端部分的延续件，并且具有随着计量槽108朝出口部分78延伸而缩减(减小尺寸)的横截面面积。计量槽108的这种缩减构造可以在燃料从出口端排出时最小化流动中断并且改善流动一致性。可以理解的是，虽然在所示实施方式中计量槽108被示出为燃料通道98的延续件，但是计量槽108可以在出口部分78处在边缘110下方延伸，并且具有与燃料通道98的上游相邻部分相比不同的横截面区域轮廓、不同的形状或构造，和/或不同的角度。例如，在示例性实施方式中，计量槽108可以具有与朝出口部分延伸的计量槽一致的横截面面积。另外，虽然每个计量槽98被示出为具有相同的横截面面积，并且每个计量槽被示出为沿着相同的方向成角度并且取向，但是应该理解，一个或多个计量槽98可以具有与其他(一个或多个)计量槽相比不同的横截面面积、角度或的取向。这种不同的构造可用于增加/减少燃料的旋流的量和/或增加/减少离开用于分级燃料的孔的燃料的速度，如特定应用所期望的那样。
如图所示，燃料通道98的出口端108(例如计量槽)一般地开放于预成膜器80的旋流环81中并提供流动的旋流运动以引导燃料朝预成膜器80的渐缩部分83。作为如上面参考图3所述，预成膜器80设置在内空气旋流器58的下游和外空气旋流器60的上游。因此，尽管燃料流可以从燃料通道98的出口端108径向向外和轴线向下游排出(以旋流方式)抵靠预成膜表面83，但通过外空气旋流器60的旋流器叶片67的空气流动可同时被引导与旋转的内部空气流动径向向内。来自空气/燃料界面的空气动力阻力可以加速燃料，以帮助将燃料均匀地分布在跨越预成膜器表面的薄片材中。来自内空气旋流器58的空气流动通过燃料流内部以形成燃料片材中央的旋流内部空气流动，以辅助预成膜器排放端84下游的燃料的雾化。当燃料片材从预成膜器表面83的下游唇部释放，片材受到来自外空气旋流器60(例如，包括第一空气旋流器部分74和第二空气旋流器部分76)的缩减空气，以及由内空气旋流器58提供的内空气流的冲击。结果，在预成膜器唇部建立了非常显着的速度梯度，导致在进入的燃料流撞击的位置处的高剪切速率。如优选的那样，片材被快速雾化成微细分散体，并均匀地分布在渐缩喷射器中。这使得喷嘴40能够提供良好的喷射性能、宽的喷射角度和改善的喷射一致性，基本上没有条纹、空隙或不均一性。
在所示的实施方式中，燃料旋流器主体92形成为一体(整体)且无缝结构，包括具有歧管94的入口部分77、多个燃料通道98，以及在出口部分78处的预成膜器80。以这种方式，燃料流动通道98可以形成为由燃料旋流器主体92的各部分包封的内部通道。燃料旋流器62还可以包括一个或多个减小热应力并且改善燃料旋流器的使用寿命的结构特征。
例如，在示例性实施方式中，燃料旋流器主体92包括延伸通过燃料旋流器主体92在相邻流动通道98之间的多个窗口112(例如孔)，用于减小应力，同时还减小燃料旋流器62的重量和成本(例如，如图6A和图6B所示)。可选地或另外地，燃料旋流器主体92可以在主体中具有一个或多个应力释放凹口114。例如在所示的实施方式中，凹口114是形成在主体92的上游轴向端中的轴向延伸的V形凹口，其中，凹口114在周向上与燃料歧管94分隔开并与之相对。
如本领域普通技术人员将会理解的那样，燃料旋流器62可以由适当的耐热和/或耐腐蚀材料形成。在示例性实施方式中，包括燃料歧管94、燃料通道98、入口开口106、出口开口/计量槽108、窗口112和/或预成膜器80(包括旋流环81和渐缩部分83)等的燃料旋流器62可以通过增材制造方法形成，例如直接激光沉积、直接金属激光烧结等，使得燃料旋流器62具有整体结构。在示例性实施方式中，这种增材制造技术可以为燃料旋流器62的作为加工的表面(例如限定内部燃料通道98的那些)提供一种表面粗糙度，该表面粗糙度可以促进各种燃料通道之间的流动的更好的平衡。可替代地或另外地，燃料旋流器62可以使用常规制造技术形成，例如铣削、机械加工、钎焊、焊接等。
示例性燃料旋流器62的前述特征可使得燃料喷嘴40以提供良好的喷射性能，其具有改进的雾化和最小的压降、宽的喷射角度、燃料通道中最小的内部再循环区域，和/或改善的喷射一致性，且没有条纹、空隙或不均一性，这可以为燃气涡轮发动机提供有效的燃烧和良好的火焰稳定性。例如，燃料旋流器62可以单独或组合地包括以下特征中的一个或多个：(i)歧管94的内壁102可以具有突出部分104，该突出部分构造成向内朝歧管的中央以当燃料进入歧管时帮助平衡流动；(ii)燃料通道98的入口开口106可以彼此直接相邻和/或邻接，以最小化燃料在歧管中的停留时间，这可以最小化焦化并且当燃料通过歧管到达燃料通道时减少流体中断，这可以减小压降；(iii)每个燃料流动通道98可沿着燃料旋流器主体92以连续且逐渐改变的方向延伸，优选地同时也使燃料通道的长度最小化，用于减少边界层生长和/或减小压降；(iv)每个燃料流动通道98可以具有当燃料通道从燃料歧管94朝向出口部分78延伸时沿燃料流动通道98的至少一部分缩减(尺寸减小)的横截面面积用于减少流动通过通道的燃料的边界层生长和/或用于减小压降；(v)计量槽108可构造成计量流动通过通道98的燃料的量和/或引导燃料旋流器62的排放端处的燃料，用于在燃料从燃料旋流器62排出时提供改善的一致性，由此改善燃烧室的温度分布模式因子并增加涡轮机的使用寿命；(vi)燃料旋流器主体92可以包括位于相邻流动通道98之间的窗口112，用于减小应力，同时还减小燃料旋流器62的重量和成本；(vii)燃料旋流器主体92可在主体中具有一个或多个应力释放凹口114，用于减小热应力同时还减轻重量；(viii)燃料旋流器62的表面(例如限定内部燃料通道98的那些)可具有可促进期望的流动性能的表面粗糙度，例如更好地平衡流动；和(ix)燃料旋流器主体92可以制成为无缝的整体结构，例如经由增材制造技术。
现在转到图9-11，并且参照图3，将更详细地描述外空气旋流器60。如上所述，外空气旋流器60可以包括一个或多个外空气旋流器部分，诸如位于与第二(内)空气旋流器部分76的同心且径向向外的第一(圆顶)空气旋流器部分74。每个空气旋流器部分74、76包括多个螺旋形、弯曲或成角度的叶片67(在图9-11中标记为用于第一空气旋流器部分74的67a和用于第二空气旋流器部分76的67b)。如上所述，相应的叶片67a和67b被构造为引导具有沿着喷嘴的轴线A的气流的旋流分量的燃烧空气。在示例性实施方式中，相应的各组叶片67a和67b可构造成提供第一外空气旋流器部分74相对于第二外空气旋流器部分76的共同旋转或反向旋转的空气流动。外空气旋流器60的相应的各叶片67a、67b也可以相对于内空气旋流器58的叶片86共同旋转或反向旋转。可以理解的是，叶片的数量和/或取向可以取决于具体应用而改变以增加/减少方向、速度或气流量，这对于本领域普通技术人员来说应该是明显的。
在所示实施方式中，第一外空气旋流器部分74包括径向外罩120，其限定具有上游边缘部分122的外壁，限定内壁的径向内罩124，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道126的旋流器叶片67a，所述空气通道在其各自的上游端处具有空气入口128。空气通道126可沿轴向和周向方向延伸，使得空气通道弯曲以向空气提供如上所述流体的旋流运动。
第二外空气旋流器部分76可以类似于第一外空气旋流器部分74而构造。在所示实施方式中，第一外空气旋流器部分74的径向内罩124形成第二外空气旋流器部分76的径向外罩(例如中间罩)以限定具有上游边缘部分132的第二旋流器的径向外壁。第二旋流器部分76还包括径向内罩62(也在图3中示出)，其限定内壁，并且旋流器叶片67b与第二空气旋流器的外壁和内壁一起限定多个空气通道134，所述空气通道在其各自的上游端处具有空气入口136。类似于第一空气旋流器部分74，第二空气旋流器部分76的空气通道134可以在轴向方向和周向方向上延伸以提供旋转空气流动。
如图所示，径向内罩124(中间罩)和径向外罩120这两者可以包括向内引导的环形下游部分，其然后朝着中央轴线A以缩减方式引导空气流动。径向内罩124包括环形向内渐缩(截头圆锥形)的下游端140，其可以提供用于在预成膜器排放端84处燃料的雾化的初级(主要)外部空气流动(例如图3中所示)。径向外罩120包括环形球状部分142，其可以提供良好的喷射图案化和适当的液滴分散。以这种方式，第二(内)空气旋流器部分76可以提供比第一(圆顶)空气旋流器部分74更加聚焦的空气流动，但是在任何情况下，可以由喷嘴40的气喷部分提供相对宽的流动和喷射角度。在示例性实施方式中，内罩120和外罩124将相应的空气流动以与中央轴线A成大约45度角的旋流方式引导。然而，应该理解的是，流动的角度和/或方向可以根据具体应用而变化。
在示例性实施方式中，外罩120和中间罩124这两者的上游边缘122、132具有重复的V形图案，其中上游边缘122、132相对于相应罩的下游部分径向向外张开(例如，如图9中的144a和144b所示)。该径向向外张开的V形边缘可以增强相应空气入口128和136的有效面积，这可以增强空气吸入和/或最小化流动中断。同样如图所示，第一外空气旋流器部分74的空气入口128可以与第二外空气旋流器部分76的空气入口136轴向偏置(例如，更下游)。这种轴向偏置构造还可以增强(一个或多个)外空气旋流器部分的有效面积和流动性能。
在示例性实施方式中，形成(内)空气通道126和(外)空气通道134的外壁和内壁成形为以连续且平滑的方式将空气部分地径向向内然后大致轴向地引导入到旋流器叶片67a、67b中。以这种方式，旋流器叶片的分隔壁146可以从相应的V形边缘部分122、132的底部径向向内延伸到径向内壁(例如，124和62)以形成空气通道入口引导表面148、150，其被流线轮廓化以将空气大致轴向地引导，然后部分切向地引导到旋流器叶片中，以连续且平滑的方式。如图所示，分隔壁146和/或V形边缘部分122、132可以形成为具有轻微的渐缩，并且可以具有相应的上游边缘(例如，在152处)，其具有平滑的完整半径，从而最小化空气流动中断。
如上所讨论的，第二(内)和第一(圆顶)空气旋流器部分74、76的相应空气通道126、134可构造成提供相同旋转方向(同向旋转)或相反旋转方向(反向旋转)的空气流动。在所示实施方式中，第一外空气旋流器部分74和第二外空气旋流器部分76周向对齐，使得分隔壁146在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，并且相应的空气流动通道126、134被构造成以相同的方向导引流动。以这种方式，单个空气通道入口导引件可以将空气引导到由中间罩径向分开的空气通道的全部阵列，由此消除对空气流动的附加干扰并且最小化喷气燃料喷嘴所需的材料的量。然而，应该理解的是，在其他实施方式中，第一(圆顶)空气旋流器部分74和第二(内)空气旋流器部分76可以在周向上偏置，其中，相应的分隔壁不在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，使得第一和第二外空气旋流器部分的相应的空气入口导引表面能够相互独立地导引流动。
可以理解的是，虽然示出了双重外部空气流动旋流器60，但是示例性喷嘴40可以包括三个或更多个外空气旋流器部分，其每个外空气旋流器部分可以以彼此围绕的关系同心布置并共享共同的罩。也有可能仅提供单个外空气旋流器，以提供单个旋流的、缩减的空气流动。这种外空气旋流器构造对于本领域的普通技术人员来说应该是很明显的。
在所示实施方式中，外空气旋流器60(包括第一(圆顶)空气旋流器部分74和第二(内)空气旋流器部分76)形成为一体(整体)且无缝结构。如本领域普通技术人员将会理解的那样，外空气旋流器60可以由合适的耐热和/或耐腐蚀材料形成。在示例性实施方式中，包括罩120和124、叶片67a和67b、分隔壁146和/或空气通道126和134等的外空气旋流器60可以通过增材制造方法形成，例如直接激光沉积、直接金属激光烧结等，使得外空气旋流器60具有整体结构。在示例性实施方式中，这种增材制造技术可为外空气旋流器提供具有可促进期望的空气流动平衡的表面粗糙度的作为制造表面(例如空气通道126和134)。在示例性实施方式中，外空气旋流器60可以与燃料旋流器62集成地形成为整体且无缝结构，诸如通过增材制造技术。可选地或另外地，外空气旋流器60可以使用常规制造技术形成，例如铣削、机械加工、钎焊、焊接等，并且可以通过公知的方法附接到燃料旋流器62。
示例性外空气旋流器60的前述特征可以使得燃料喷嘴40以提供良好的喷射性能、宽的喷射角度和/或改善的喷射一致性，基本上没有条纹、空隙或不均一性，这可以为燃气涡轮发动机提供有效的燃烧和良好的火焰稳定性。例如，示例性外空气旋流器60可以单独或组合地包括以下特征中的一个或多个：(i)外罩120和/或中间罩124的上游边缘122、132中的一个或多个可以相对于相应的罩的下游部分径向向外张开，用于增强相应空气入口的有效面积，这可以增强空气吸入和/或最小化流动中断；(ii)外罩120和/或中间罩124的上游边缘122、132中的一个或多个可以具有重复的凸形图案，例如V形图案，用于增加空气入口的有效面积；(iii)第一外空气旋流器部分74的空气入口128可以与第二外空气旋流器部分76的空气入口136轴向偏置(例如，更下游)，用于增强有效面积并最小化空气旋流器部分的流动中断；(iv)第一外空气旋流器部分74和/或第二外空气旋流器部分76可以具有空气通道入口导引表面148、150，其为流线形轮廓以将空气大致轴向地引导，然后部分切向地引导入到旋流器叶片中，以连续且平滑的方式，用于减少流量中断；(v)分隔壁146和/或V形边缘部分122、132可以形成为具有轻微的渐缩，并且可以具有相应的上游边缘，该上游边缘具有光滑的完整半径，用于最小化对空气流动的中断；(vi)第一外空气旋流器部分74和第二外空气旋流器部分76可以在周向上对齐，使得分隔壁146在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，并且相应的空气流动通道126、134被构造成以相同方向导引流动，由此使得单个空气通道入口导引件能够将空气引导至由中间罩径向地分开的空气通道的完整阵列，这可以消除对空气流动的附加干扰并且最小化用于喷气燃料喷嘴所需材料的量；(vii)第一外空气旋流器部分74和第二外空气旋流器部分76可以在周向上偏置，其中，相应的分隔壁在第一和第二外空气旋流器部分之间不共享，使得第一和第二外空气旋流器部分的相应的空气入口导引表面能够相互独立地导引流动；(viii)外空气旋流器60的表面能够具有可促进期望的流动性能(例如层流或湍流)的表面粗糙度；和(ix)外空气旋流器60可以制成无缝整体结构，例如通过增材制造技术，并且可以与空气旋流器62集成并且一体化。
本文已经描述了用于飞行器的燃气涡轮发动机的具有示例性燃料喷嘴的示例性燃料喷射器。燃料喷嘴包括示例性燃料旋流器和/或示例性外空气旋流器。燃料旋流器可以包括用于接收来自燃料管道的燃料的歧管，和用旋流流动引导燃料的方式来引导来自歧管的燃料至排出孔的多个燃料通道。燃料旋流器可构造成提供一致的喷射，同时最小化再循环区域；减少燃料进入歧管时的停留时间；当燃料流过燃料通道时最小化流动中断、边界层增长，和/或压降；减少喷嘴内部的焦化；减少热应力；而且制造简单且成本低。外空气旋流器可以包括第一和第二外空气旋流器部分，所述第一和第二外空气旋流器部分具有提供旋转空气流动的相应的叶片和空气通道。外空气旋流器可以构造成改善的雾化和具有宽的喷射角度的喷射一致性；并最小化流动中断，用于提高空气流动性能。
根据本发明的一个方面，燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的一个或多个燃料流动通道；其中，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个具有与流体流动方向横切的横截面面积，其中，在所述燃料流动通道从所述燃料歧管向所述出口部分延伸时，所述横截面面积缩减。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
一个或多个燃料流动通道中的每一个的横截面面积可以从燃料歧管朝出口部分连续且逐渐缩减。
一个或多个燃料流动通道中的每一个可以沿着燃料旋流器主体在流动路径方向上延伸，并且每个流动路径可以从燃料歧管到出口部分连续且逐渐地改变方向以限制边界层生长。
当燃料流动通道从燃料歧管朝向出口部分延伸时，一个或多个燃料流动通道中的每一个可具有横截面区域轮廓，并且多个燃料流动通道中的每一个可具有相同的横截面区域轮廓。
一个或多个燃料流动通道中的每一个可以包括开放于出口部分的出口端，并且所述出口端可以形成围绕燃料旋流器主体的纵向轴线周向分隔开的阵列。
一个或多个燃料流动通道中的每一个可以包括在燃料流动通道的出口端处的计量槽，并且所述计量槽可构造成开放于出口部分。
计量槽可具有随着计量槽向出口部分延伸而缩减的横截面面积。
计量槽可具有随着计量槽朝出口部分延伸而一致的横截面面积。
计量槽可以相对于与燃料旋流器主体的纵向轴线垂直的平面成一槽角度倾斜，并且可以围绕纵向轴线周向方向上倾斜。
每个计量槽的槽角度可以相同或可以不同。
每个计量槽的横截面面积可以相同或可以不同。
燃料旋流器可以进一步包括在出口部分处的旋流环，并且计量槽可以以一槽角度开放于旋流环，以提供离开计量槽的燃料喷射的旋流。
燃料旋流器可以进一步包括在燃料旋流器主体的下游部分处的燃料预成膜器，燃料预成膜器可以在其上游部分处具有轴向延伸的旋流环和在其下游部分处的径向向内缩减部分，并且燃料预成膜器可以构成为在下游预成膜器孔处终止。
一个或多个燃料流动通道可以是由燃料旋流器主体包封的内部燃料流动通道。
燃料旋流器主体可以包括延伸通过燃料旋流器主体的多个窗口，用于减小应力，多个窗口位于多个燃料流动通道之间。
燃料旋流器主体可以是一体的无缝结构，包括在燃料旋流主体的下游部分处的燃料预成膜器。
燃料旋流器主体可在其轴向上游端处具有轴向延伸的凹口用于应力减小，该凹口周向地与燃料歧管分隔开并与燃料歧管相对。
所述一个或多个燃料流动通道中的每一个可以包括开放于所述燃料歧管的入口开口，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个的入口开口与所述一个或多个燃料流动通道中的另一个的入口开口邻接。
一个或多个燃料流动通道中的每一个可以包括开放通过燃料歧管的径向向内延伸的壁的入口开口，并且燃料歧管的径向向内延伸的壁的部分可以朝燃料歧管的中央向内突出。
径向向内朝歧管中央突出的壁的部分可以是V形突出。
V形突出可以朝燃料旋流主体的上游端部分定位。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴可以包括：尖端，其包围中央轴线并且包括内空气旋流器，包围所述内空气旋流器的外空气旋流器，以及燃料旋流器，所述燃料旋流器具有任何前述特征中的一个或多个和/或以下特征中的一个或多个，单独地或组合地，其中，燃料旋流器径向地介于内空气旋流器和外空气旋流器之间；所述燃料喷嘴进一步包括：燃料供给管，所述燃料供给管构造成朝所述中央轴线径向向内引导燃料源；以及至少部分地包封尖端和燃料供给管的壳体。
在一些实施方式中，内空气旋流器可以包括轴向延伸的空气流动通道以及延伸入到空气流动通道中的多个叶片，所述多个叶片构造成引导具有旋流运动分量的第一空气流动。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴可以包括：内空气旋流器、向外包围所述内空气旋流器的外空气旋流器，以及燃料旋流器，所述燃料旋流器具有任何前述特征中的一个或多个和/或以下特征中的一个或多个，单独地或组合地，其中，燃料旋流器径向介于内空气旋流器和外空气旋流器之间。
各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
外空气旋流器可以包括第一外空气旋流器部分和第一外空气旋流器部分径向内侧的第二外空气旋流器部分。
第一和第二外空气旋流器部分可以各自包括多个在其上游部分处具有空气入口的空气流动通道；并且第一外空气旋流器部分的空气入口可以与第二外空气旋流器部分的空气入口轴向偏置。
用于第二外空气旋流器部分的空气入口可以在用于第一外空气旋流器部分的空气入口的轴向上游。
第一外空气旋流器部分可以包括：径向外罩，其限定具有重复的V形上游边缘部分的外壁，限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定第一外空气旋流器部分的多个空气通道的旋流器叶片，其中，外壁和内壁成形为以连续且平滑的方式将空气部分地径向向内然后大致轴向地引导到入旋流器叶片中，并且旋流器叶片的分隔壁从V形边缘部分的底部到内壁径向向内延伸以形成多个空气通道入口导引表面，其被流线轮廓化以便以连续和平滑的方式将空气大致轴向地，然后部分地切向地导入到旋流器叶片中。
分隔壁和/或V形边缘部分可以形成为具有轻微的渐缩，并且可以具有相应的上游边缘，其具有平滑的完整半径，从而最小化对空气流动的中断。
第一外空气旋流器部分的多个空气通道入口导引表面能够在轴向和周向方向上延伸，使得当在与外空气旋流器的纵向轴线平行的平面上观察时，空气通道是弯曲的。
第二外空气旋流器部分可以包括径向外罩，该径向外罩限定具有重复的V形上游边缘部分的外壁，限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道，其中，第一外空气旋流器部分的径向内罩形成第二外空气旋流器部分的径向外罩。
第一外空气旋流器部分和第二外空气旋流器部分可以在周向上对齐，使得相应的分隔壁在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，并且第一和第二外空气旋流器部分的相应的空气入口导引表面被构造为以相同的方向导引流动。
第一外空气旋流器部分和第二外空气旋流器部分可以在周向上偏置，使得相应的分隔壁不在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，并且第一和第二外空气旋流器部分的相应的空气入口导引表面能够彼此独立地导引流动。
第一和第二外空气旋流器部分的相应的空气通道可以沿相同的周向方向或沿相反的周向方向导引空气流动。
外空气旋流器还可以包括一个或多个额外的外空气旋流器部分，所述一个或多个额外的外空气旋流器部分在每个额外的空气旋流器部分的内罩的径向向外带有先前的空气旋流器部分的外罩被共享，或者在每个额外的空气旋流器部分的外罩径向向内带有前一个空气旋流器部分的内罩被共享。
每个额外的空气旋流器部分可以具有与相邻的空气旋流器部分相同或不同数量的空气通道。
两个或更多个径向相邻的空气旋流器部分可以在周向上对齐，使得它们相应的分隔壁也在各空气旋流器部分之间共享，并且各空气旋流器部分的相应入口导引表面能够将空气引导到空气通道的完整阵列，其通过共享的罩径向地分开，由此减少对空气流动的附加干扰并且最小化用于外空气旋流器的材料的量。
两个或更多个径向相邻的空气旋流器部分可以在周向上偏置，使得它们相应的分隔壁不在各空气旋流器部分之间共享，并且各空气旋流器部分的相应入口导引表面能够独立地将空气引导至空气通道的完整阵列，其被罩径向分开。
第一外空气旋流器部分可以包括限定外壁的径向外罩、限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；并且径向外罩的上游边缘可以相对于外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
外罩的上游边缘可以包括重复的V形图案，并且V形的上游顶点可以相对于V形的下游部分径向向外张开。
第二外空气旋流器部分可以包括限定外壁的径向外罩、限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；并且第二外空气旋流器部分的外罩的上游边缘相对于外罩的下游部分可以径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
第二外空气旋流器部分的外罩的上游边缘可以包括重复的V形图案，并且V形的上游顶点相对于V形的下游部分可以径向向外张开。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的多个燃料流动通道；其中，所述多个燃料流动通道中的每一个包括开放于所述燃料歧管的入口开口，所述多个燃料流动通道中的每一个的入口开口与所述多个燃料流动通道中的另一个的入口开口邻接。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
多个燃料流动通道中的每一个可以包括开放通过燃料歧管的径向向内延伸的壁的入口开口，并且燃料歧管的径向向内延伸的壁的部分可以向内朝燃料歧管的中央突出。
多个燃料流动通道中的每一个可具有横切流体流动方向的横截面面积，其中，随着燃料流动通道从燃料歧管朝出口部分延伸，横截面面积缩减。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从所述燃料歧管延伸到所述出口部分的一个或多个燃料流动通道；其中，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个包括开放通过所述燃料歧管的径向向内延伸的壁的入口开口，并且所述燃料歧管的径向向内延伸的壁的部分朝所述燃料歧管的中央向内突出。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
例如，朝歧管的中央径向向内突出的壁的部分可以是V形突出。
V形突出可以朝燃料旋流主体的上游端部分定位。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的多个燃料流动通道；其中，所述燃料旋流器主体包括延伸通过所述燃料旋流器主体以减小应力的多个窗口，所述多个窗口位于所述多个燃料流动通道之间。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
多个燃料流动通道可以是由燃料旋流器主体包封的内部燃料流动通道。
燃料旋流器主体可以是一体的无缝结构，包括在燃料旋流主体的下游部分处的燃料预成膜器。
燃料旋流器主体可在其轴向上游端处具有轴向延伸的凹口用于应力减小，该凹口周向地与燃料歧管分隔开并与燃料歧管相对。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器包括：具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；以及从燃料歧管延伸到出口部分的一个或多个燃料流动通道；其中，所述燃料旋流器主体在其轴向上游端处具有轴向延伸的凹口用于应力减小，所述凹口周向地与所述燃料歧管分隔开并与所述燃料歧管相对。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的外空气旋流器包括：第一外空气旋流器部分和在所述第一外空气旋流器部分的径向内侧的第二外空气旋流器部分；其中，所述第一和第二外空气旋流器部分各自包括在其上游部分具有空气入口的多个空气流动通道；并且其中，所述第一外空气旋流器部分的空气入口相对于所述第二外空气旋流器部分的空气入口轴向偏置。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
用于第二外空气旋流器部分的空气入口可以在用于第一外空气旋流器部分的空气入口的轴向上游。
第一外空气旋流器部分可以包括：径向外罩，限定具有重复的V形上游边缘部分的外壁，限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定第一外空气旋流器部分的多个空气通道的旋流器叶片，其中，外壁和内壁可以成形为以连续且平滑的方式将空气部分地径向向内然后大致轴向地引导入到旋流器叶片中，并且旋流器叶片的分隔壁可以从V形边缘部分的底部到内壁径向向内延伸以形成多个空气通道入口导引表面，其被流线形地轮廓化，以便以连续和平滑的方式将空气大致轴向地然后部分切向地导入到旋流器叶片中。
分隔壁和/或V形边缘部分可以形成为具有轻微的渐缩，并且可以具有相应的上游边缘，其具有平滑的完整半径，从而使对空气流动的中断最小化。
第二外空气旋流器部分可以包括：径向外罩，限定具有重复V形上游边缘部分的外壁，限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道，其中，第一外空气旋流器部分的径向内罩可以形成第二外空气旋流器部分的径向外罩。
第一外空气旋流器部分和第二外空气旋流器部分可以在周向上对齐，使得相应的分隔壁在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，并且第一和第二外空气旋流器部分的空气入口导引表面被构造为以相同的方向导引流动。
第一外空气旋流器部分和第二外空气旋流器部分可以在周向上偏置，使得相应的分隔壁不在第一和第二外空气旋流器部分之间共享，并且第一和第二外空气旋流器部分的相应的空气入口导引表面空气旋流器部分能够彼此独立地导引流动。
第一外空气旋流器部分可以包括：限定外壁的径向外罩，限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；并且外罩的上游边缘可以相对于外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的空气旋流器包括：限定外壁的径向外罩，限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；其中，所述径向外罩的上游边缘相对于所述外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
空气旋流器可以是外空气旋流器，其具有第一外空气旋流器部分和在第一外空气旋流器部分的径向内侧的第二外空气旋流器部分；其中，所述第一和第二外空气旋流器部分可以各自包括在其上游部分具有空气入口的多个空气流动通道。
第一外空气旋流器部分可以包括限定外壁的径向外罩、限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；并且径向外罩的上游边缘可以相对于外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
外罩的上游边缘可以包括重复的V形图案，并且V形的上游顶点可以相对于V形的下游部分径向向外张开。
第二外空气旋流器部分可以包括：限定外壁的径向外罩、限定内壁的径向内罩，以及与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；并且径向外罩的上游边缘可以相对于外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
第二外空气旋流器部分的外罩的上游边缘可以包括重复的V形图案，并且V形的上游顶点可以相对于V形的下游部分径向向外张开。
第一和第二外空气旋流器部分可以各自包括在其上游部分具有空气入口的多个空气流动通道；并且第一外空气旋流器部分的空气入口可以从第二外空气旋流器部分的空气入口轴向偏置。
根据本发明的另一方面，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴可以包括根据前述任何项的燃料旋流器和/或根据前述任何项的外空气旋流器。
本发明的各种实施方式可以单独地或组合地包括以下附加特征中的一个或多个。
外空气旋流器可以在外侧围绕内空气旋流器，并且燃料旋流器可以径向地置于内空气旋流器和外空气旋流器之间。
根据本发明的另一方面，燃气涡轮发动机包括根据前述任何项的燃料喷嘴、燃料旋流器和/或外空气旋流器。
虽然上面已经描述了示例性燃料喷射器和燃料喷嘴的优选形式，但是对于本领域技术人员而言明显的是，其他喷嘴(和杆)设计也可用于本发明。本发明不限于任何特定的喷嘴设计，而是适用于各种商业上可获得的喷嘴。
尽管已经关于特定的一个或多个实施方式示出和描述了本发明，但是明显的是，在阅读和理解本说明书和附图后，本领域技术人员将会想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件、组件、装置、组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于，除非另有说明，执行所描述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同)，即使在结构上不等同于执行本发明在此所示的一个或多个示例性实施方式中的功能的所公开的结构。另外，虽然本发明的特定特征可能已经在上面关于仅仅一个或多个所示实施方式进行了描述，但是这种特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，如可能对于任何给定的或特定的应用是期望的和有利的。

Claims (7)

1.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器，所述燃料旋流器包括：
具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；
在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；
在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；和
一个或多个燃料流动通道，其从燃料歧管延伸到出口部分；
其中，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个具有与流体流动方向横切的横截面面积，其中，随着所述燃料流动通道从所述燃料歧管向所述出口部分延伸，所述横截面面积缩减。
2.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器，所述燃料旋流器包括：
具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；
在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；
在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；和
多个燃料流动通道，其从燃料歧管延伸到出口部分；
其中，所述多个燃料流动通道中的每一个包括开放于所述燃料歧管中的入口开口，所述多个燃料流动通道中的每一个的入口开口与所述多个燃料流动通道中的另一个的入口开口邻接。
3.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器，所述燃料旋流器包括：
具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；
在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；
在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；和
一个或多个燃料流动通道，其从燃料歧管延伸到出口部分；
其中，所述一个或多个燃料流动通道中的每一个包括开放通过所述燃料歧管的径向向内延伸的壁的入口开口，并且所述燃料歧管的径向向内延伸的壁的部分朝所述燃料歧管的中央向内突出。
4.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器，所述燃料旋流器包括：
具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；
在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；
在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；和
多个燃料流动通道，其从燃料歧管延伸到出口部分；
其中，所述燃料旋流器主体包括延伸通过所述燃料旋流器主体的多个窗口，用于减小应力，所述多个窗口位于所述多个燃料流动通道之间。
5.一种用于燃气涡轮发动机中的燃料喷嘴的燃料旋流器，所述燃料旋流器包括：
具有上游部分和下游部分的燃料旋流器主体；
在燃料旋流器主体的上游部分处的入口部分，所述入口部分具有用于与燃料源流体连通的燃料歧管；
在燃料旋流器主体的下游部分处的出口部分；和
一个或多个燃料流动通道，其从燃料歧管延伸到出口部分；
其中，所述燃料旋流器主体在其轴向上游端处具有轴向延伸的凹口，用于应力减小，所述凹口周向地与所述燃料歧管分隔开并与之相对。
6.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的外空气旋流器，所述外空气旋流器包括：
第一外空气旋流器部分以及在所述第一外空气旋流器部分的径向内侧的第二外空气旋流器部分；
其中，所述第一和第二外空气旋流器部分各自包括在其上游部分具有空气入口的多个空气流动通道；和
其中，所述第一外空气旋流器部分的空气入口相对于所述第二外空气旋流器部分的空气入口轴向偏置。
7.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴的空气旋流器，所述空气旋流器包括：
限定外壁的径向外罩，
限定内壁的径向内罩，以及
与外壁和内壁一起限定多个空气通道的旋流器叶片；
其中，所述径向外罩的上游边缘相对于所述外罩的下游部分径向向外张开，用于增大空气入口的有效面积。
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