CN109539310A - 一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室，整流支板火焰稳定器由可调螺栓与中心椎体相连接，可根据实际工况实时调整整流支板火焰稳定器偏转角度，高温混合气体通过整流支板火焰稳定器两侧表面开设的进气小孔进入支板内部，对燃油通道中的燃油进行加热，后由整流支板火焰稳定器V型槽中部开设的喷气小孔向中心喷出，燃油受热后经整流支板火焰稳定器V型槽两侧处的直射式喷嘴喷出，进一步受热后在后方低速回流区进行燃烧，由于燃油受热雾化蒸发效果较好，在低速区油气混合时间也较长，使得油气混合效果较好，故能够在较小油气比条件下实现点火和稳定燃烧，可调整流支板火焰稳定器则可适应更大范围的工作状态，提高发动机性能。

Description

一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室。

背景技术

加力燃烧室，是喷气发动机的附加装置之一，常见于军用飞机。原理是在发动机喷出的气流中注射入燃料。由于气流温度很高，燃料实时燃烧，膨胀而产生额外推力。一般来讲，喷气发动机的涡轮前温度越高，发动机的推力就越大，但是由于涡轮工作环境的原因，它既要承受极高的温度又要承受巨大的推力，因此，由于涡轮的材料的限制，一般涡轮前温度只能达到1650K左右。但是这样依然不能满足军用发动机推力的需求，于是就在涡轮后再加上一个加力燃烧室重新燃烧来增加推力。加力燃烧室内没有旋转部件，所以温度可以达到2000K左右，可以让发动机推力在瞬间提高1.5倍。加力燃烧室一般由扩压器，混合器，稳定器，供油及点火装置，壳体组成。由于加力燃烧室会产生气体流速流量的变化，所以一般加力燃烧室都和尾喷管协调工作。由于加力燃烧室工作温度极高，所以在设计上一般都比较重视高温下的结构强度和受热膨胀的空间。同时，加力燃烧室的空气流速极高，所以对火焰稳定器设计要求很高，一方面要求火焰稳定器能保证燃料充分稳定的燃烧，一方面又不能产生太高的流动阻力。因为它所利用的气体是经过燃烧室燃烧后的废气，含氧量已降低，所以加力燃烧室的效率不高，耗油量非常巨大，大部分飞机所携燃料只会足够加力燃烧室使用数分钟。因此加力燃烧室一般只会在需要最高推力时使用很短的时间，例如在航空母舰上起飞，突破音障作超音速飞行、或是战斗机在缠斗中等情况下使用。由于燃料效率太低，所以很少有民用飞机采用加力燃烧室。

20世纪40年代，德国首先在JUMO-004E发动机上采用加力燃烧室，此后加力燃烧室被广泛应用于战斗机动力装置上。其设计技术随着航空发动机性能的提高而不断发展。上世纪90年代，有人提出了一种涡轮后框架的加力燃烧室一体化设计的方案，采用径向支板稳定器与内外涵之间的壁式火焰稳定器的组合是该方案的最大创新之处。燃油喷杆位于火焰稳定器内部，向外喷油。采用这种方案会大幅度降低流体损失、减小加力燃烧室的长度，减轻质量，但仍然没有解决燃烧效率较低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室，与现有技术相比，本方案的优点是发动机内外涵道的混合气流能够通过整流支板火焰稳定器表面开设的小孔进入稳定器内部，对燃油通道内的燃油进行预热，最后由开设在支板后槽的喷嘴小孔喷出。同时，可调的整流支板火焰稳定器还可根据工况调整整流支板火焰稳定器的偏转角，形成较大的回流区，改善气流条件，增强燃料与混合气体的掺混，进而提高燃烧效率。

技术方案

本发明的目的在于提供一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室。

本发明技术方案如下：

一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室，包括：整流支板火焰稳定器的结构及分布形式，整流支板火焰稳定器内部燃油信道结构形式，整流支板火焰稳定器表面进气孔分布及结构形式，整流支板火焰稳定器后部喷油孔分布及结构形式，可调螺栓。其特征在于：整流支板火焰稳定器固定在加力内锥和后涵道引射器之间，周向均匀排列，设置8～14片，为了减少总压损失，其迎流面采用弧型设计，整流支板火焰稳定器厚度为200～400mm，尾部呈弧形，半径20～60mm。燃油由外部输油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油信道，燃油信道形状与支板形状相同，壁面厚度为2～3mm，在支板表面两侧开设进气小孔，小孔直径2～4mm，开设3～6排，采用顺序排列或者错位排列的方式。在弧形火焰稳定器V型槽两侧开设喷油小孔，在喷油小孔中间开设喷气小孔，喷油孔孔径为0.5～2mm，气流由支板两侧进气孔进入后再由V型槽处喷气小孔处喷出。在整流支板火焰稳定器内部设置关于支板中心面对称的隔板，隔板厚1～2mm，形状与支板形状相同。燃油经后部喷嘴喷入低速回流稳定区，与气体混合后，在整流支板火焰稳定器后方燃烧。整流支板火焰稳定器与中心体之间用可调螺栓相互连接，能够根据实际工况调整整流支板火焰稳定器偏转角度，角度调整的范围为0-60度，螺栓尺寸则由具体的整流支板火焰稳定器尺寸确定。

本发明具有以下有益效果：

该方案设计的一体化加力燃烧室，其优点在于引入燃烧后的高温气流进入整流支板火焰稳定器内部，在通道中减速后对燃油管道内的燃油进行预热，后由整流支板火焰稳定器V型槽中间处的喷气小孔喷出，对火焰稳定器V型槽两侧喷嘴喷出的燃油进行扰动混合，又由于喷出的气流速度较低，油气在后方低速区内扰动混合时间较长，燃油进一步受热蒸发，增强油气混合均匀程度，同时，可根据实际工况，通过调整可调螺栓的角度实时调整整流支板火焰稳定器的偏转角，进一步提高混合气的掺混程度，进而提高加力燃烧室的燃烧效率。本方案因大大加强混合气体的掺混程度，因而可以在较小的油气比条件下实现稳定着火，能适应更加恶劣的工作条件，扩大了着火油气比范围。

附图说明

图1：一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室的整体图

图2：一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室的前视图

图3：整流支板火焰稳定器示意图

图1中：1-壳体 2-加力内锥 3-整流支板火焰稳定器 4-后涵道引射器

图2中：1-壳体 2-加力内锥 3-整流支板火焰稳定器 4-后涵道引射器

图3中：1-进气小孔 2-燃油通道 3-直射式喷嘴小孔 4-喷气小孔 5-可调螺栓

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，本发明提供了一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室。图1为一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室的整体图，图2为一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室的前视图，图3为整流支板火焰稳定器示意图。

由内外涵道来的气流通过图1(4)所示滑动挡板式的后涵道引射器在图1(3)所示的整流支板火焰稳定器间进行混合，图1(3)整流支板火焰稳定器沿周向均匀排列，其表面有如图3(1)所示进气小孔，燃油通过供油管道进入图1(3)所示的整流支板火焰稳定器内部的图3(2)燃油通道，高温燃气由图3(1)进气小孔进入图1(3)整流支板火焰稳定器内部，对燃油进行预热，由位于图1(3)整流支板火焰稳定器V型槽两侧的图3(3)直射式喷嘴小孔喷出，由两侧图3(1)进气小孔进入的燃气则由图3(4)喷气小孔喷出，在图1(3)整流支板火焰稳定器后部与内外涵混气及燃油混合燃烧。根据实际工况，可以调节图3(5)可调螺栓旋转角度，调整图1(3)整流支板火焰稳定器偏转角度，使回流区增大，油气停留时间延长，混合更加均匀，工况适应性增大，燃烧更加充分，进而提高燃烧效率。

Claims (4)

1.一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室，包括：整流支板火焰稳定器布置方式，后涵道引射器，整流支板火焰稳定器结构，整流支板火焰稳定器内部燃油通道的形式及整流支板火焰稳定器上直射式喷嘴和进排气小孔的排布形式，其特性在于：由内外涵道来的气流通过滑动挡板式的后涵道引射器在整流支板火焰稳定器间进行混合，整流支板火焰稳定器叶片周向均匀排列，表面排列有进气小孔用于燃气进入整流支板火焰稳定器内部对燃油预热，燃油通过供油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，由整流支板火焰稳定器V型槽两侧处的直射式喷嘴小孔喷出，与内外涵混气混合，在整流支板火焰稳定器后方燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室，其特征在于：整流支板火焰稳定器固定在加力内锥和后涵道引射器之间，用可调螺栓与中心椎体连接，周向均匀排列，设置10～16片，每片整流支板火焰稳定器长度150～300mm，厚20～40mm，整流支板火焰稳定器尾部V型槽呈弧形，半径30～60mm，通过可调螺栓与中心椎体相连接，螺栓位于整流支板火焰稳定器中心位置，长度为20～40mm，可调螺栓的角度调整范围为0～60度，螺栓具体尺寸根据整流支板火焰稳定器确定。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用可调预热整流支板的一体化加力燃烧室，其特征在于：整流支板火焰稳定器两侧开有进气小孔，小孔直径1～3mm，开设2～6排，每排相互间错位排列，每排距离为5～20mm，燃气由进气小孔进入整流支板火焰稳定器内部对燃油进行预热，然后由V型槽中间的喷气小孔喷出。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种偏转整流支板火焰稳定器的一体化加力燃烧室，其特征在于：燃油由外部输油管道进入整流支板火焰稳定器内部的燃油通道，燃油通道形状与整流支板火焰稳定器形状近似相同，两边对称分布，壁面厚度为1～2mm，在整流支板火焰稳定器表面两侧靠近尾部稳定器的部位开设直射式喷嘴小孔与燃油通道相通，小孔直径0.5～2mm，开设2～4排，V型槽两侧对称分布，相同一侧孔的排间距为小孔直径的1～3倍。