CN109539309A - 一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，可以有效地提高点火稳定性能、加强回流区的旋流强度、增加燃油雾化效果，从而提高燃烧效率和燃烧稳定性。采用整流支板火焰稳定器和凹腔驻涡相结合，一方面，内外涵气流分别从不同位置进入凹腔，形成驻涡区，产生值班级火焰，从而引燃主流区的混合气；另一方面，在其下游形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的主回流区，促进已燃的高温空气和外涵空气的混合，起到整流和稳定燃烧的作用。本发明的优势在于在一体化加力燃烧室原有的基础上对整流支板火焰稳定器后缘处增加凹腔值班稳定器的结构设计，能有效地提高在富油和高空情况下的点火能力，保证良好的燃烧稳定性和燃烧效率。
Description
技术领域
本发明属于燃气涡轮发动机领域，涉及一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，能较好地适用于燃气涡轮发动机的加力燃烧室。
背景技术
加力燃烧室一般用于军用航空发动机，位于涡轮和尾喷口之间，通过对主燃烧室产生并经过涡轮做功的燃气进行二次喷油燃烧，从而获得额外的推力。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。对于燃烧效率和燃烧稳定性来说，由于加力燃烧室进口总压较低，气流速度高，流速高达350～450m/s，燃油停留时间短，导致着火条件变坏，难以稳定火焰，燃烧效率显著下降。
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。这种方案有效缩短加力燃烧室的长度，减轻质量，使结构更加紧凑，提高了推重比。但是仍然没有解决着火条件差、燃烧稳定性和燃烧效率差的问题。
先进高性能的军用燃气涡轮发动机对加力燃烧室的燃烧稳定性和燃烧效率提出了更高要求。为了提高加力燃烧室的燃烧稳定性和经济性，对整流支板和火焰稳定器的结构设计具有很好的前景，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凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室。与现有技术相比，本发明采用整流支板火焰稳定器和凹腔驻涡相结合的形式，内涵气流流经整流支板火焰稳定器，由于支板呈V形，能在其下游形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的主回流区，从而实现整流和火焰稳定；同时，内外涵气流分别从不同位置进入凹腔，形成驻涡区，产生值班级火焰，从而引燃主流区的混合气。另外，凹腔射流沿径向支板方向运动，与主回流区进行物质能量交换，增加主回流区的回流强度，主流区卷吸能力加大。该种设计方案能有效地提高在富油和高空情况下的点火能力，保证良好的燃烧稳定性和燃烧效率。整流支板火焰稳定器和凹腔结构的设计和加工都很简单，在工程应用中有很大优势。
技术方案
本发明的目的在于提供一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室。
本发明技术方案如下：
一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，包括：整流支板火焰稳定器结构和凹腔值班稳定器结构，设计参数包括整流支板的角度、数量和几何分布以及凹腔值班稳定器的形状位置。其特征在于：整流支板数目为12～16个，垂直均匀分布在加力内锥表面上，火焰稳定器的壁面厚度为3～5mm。为了减少总压损失，其迎流面采用流线型设计。凹腔值班稳定器呈U型，凹腔前顶端和后底端各有1个进气孔，进气孔大小为3～6mm，凹腔壁厚为2～5mm。凹腔值班稳定器位于整流支板后缘处，内外涵气体分别由进气孔进入凹腔，形成驻涡区。在满足强度要求的前提下，整流支板和凹腔结构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。
本发明具有以下有益效果：
由于整流支板和凹槽火焰稳定器进行一体化设计，使得加力燃烧室的长度得以缩短，扩压器通道内气流的分离趋势也会减少。整流支板呈V形，能在其下游形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的回流区，从而实现整流和火焰稳定。同时，在整流支板火焰稳定器的后缘处增加一个凹腔，内外涵气流分别从不同位置进入凹腔，形成驻涡区，产生值班级火焰，从而引燃主流区的混合气。另外，凹腔射流沿径向支板方向运动，与主回流区进行物质能量交换，增加主回流区的回流强度，主流区卷吸能力加大。通过凹腔驻涡和整流支板火焰稳定器的有效组合，不仅使在富油和高空情况下的点火能力得以提高，而且能加强回流区的旋流强度，提高燃油雾化混合效果，从而保证良好的燃烧稳定性和燃烧效率。
附图说明
图1：凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室内部结构示意图
图2：一体化加力燃烧室横截面结构图
图3：凹腔值班稳定器局部放大图
图中 1-加力内锥 2-整流支板火焰稳定器 3-凹腔前顶端进气孔 4-凹腔值班稳定器 5-凹腔后底端进气孔 6-隔热屏 7-机匣 A-外涵气流 B-内涵气流
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增强点火稳定性的一体化加力燃烧室。图1为凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室内部结构示意图，用来确定双级整流支板的角度、数量和几何分布。图2为一体化加力燃烧室横截面结构图，图3为凹腔值班稳定器局部放大图，主要用来确定凹腔的结构形状。
如图2所示，该一体化加力燃烧室的稳焰结构包括整流支板火焰稳定器2和凹腔值班稳定器4，整流支板火焰稳定器2均匀分布在加力内锥1上。外涵气流A经过外涵通道到达凹腔值班稳定器4的后端，经凹腔后底端进气孔5进入凹腔内。内涵气流B经过内涵通道，一部分气流从凹腔前顶端进气孔3进入凹腔内。这两股气流方向相反，空间位置也不同，从而在凹腔内形成驻涡区，当部分燃油进入驻涡区时进行点燃，形成值班火焰。来自内涵通道的大部分内涵气流B经整流支板火焰稳定器2进入火焰筒，由于整流支板火焰稳定器2呈V形，能在其下游形成稳定、具有一定燃气回流量和尺寸合适的回流区，喷入燃油后，由凹腔处的值班火焰进行引燃，大大提高了高空点火能力和点火稳定性。另外，凹腔射流沿径向支板方向运动，主流与凹腔射流相互掺混，进行质量、动量和能量的交换，进入主回流区，从而增加主回流区的回流强度，使得主流区卷吸能力和稳焰能力加大，提高了燃油雾化混合效果，并保证良好的燃烧稳定性和燃烧效率。
Claims (4)
1.一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，包括：整流支板火焰稳定器结构和凹腔值班稳定器结构，设计参数包括整流支板的角度、数量和几何分布以及凹腔值班稳定器的形状位置，其特征在于：整流支板均匀分布在加力内锥上。
2.根据权利要求1所述的一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，其特征在于：整流支板数目为12～16个，支板呈V形，垂直均匀分布在加力内锥表面上，其迎流面采用流线型设计，火焰稳定器的壁面厚度为3～5mm,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所述的一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，其特征在于：凹腔值班稳定器呈U型，凹腔前顶端和后底端各有1个进气孔，进气孔大小为3～6mm，凹腔壁厚为2～5mm。在满足强度要求的前提下，凹腔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。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种凹腔驻涡与整流支板组合式一体化加力燃烧室，其特征在于：凹腔值班稳定器位于整流支板后缘处，内外涵气体分别由进气孔进入凹腔，形成驻涡区。
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