CN110925795A - 一种双级燃烧的加力燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双级燃烧的加力燃烧室结构，该加力燃烧室结构内有一套主油路，一套副油路，能够在加力时提供两种加力状态，主副全开的全加力状态，以及主开副关的半加力状态，两种加力状态不仅能够大大提高飞机的机动性，而且主油路燃烧后的燃气能在副油路进一步燃烧，使燃油的燃烧效率提高的同时，能够大大减少加力燃烧室的污染，达到节约燃油的作用。同时，该加力燃烧室为双层火焰筒结构，内层火焰筒腔用于主油路的进气，内层火焰筒与外层火焰筒之间的腔体用于副油路的进气，气流经夹层通道流入掺混孔后进去副油路内参与燃烧，由掺混孔进入内层火焰筒的空气流速得以降低，有利于副油路的燃烧，该股空气还能起到冷却内层火焰筒壁面的作用，从而提高加力燃烧室的热效率，有利于加力燃烧室的工作。

Description

一种双级燃烧的加力燃烧室

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种新型燃烧方式的一体化加力燃烧室。

背景技术

随着航空业的不断发展，军用飞机队发动机动力的需求，和要求不断提高，对航空发动机的设计提出了新的要求。为了解决飞机在起动、爬升、应急机动等暂时状态下的高推力要求，军用发动机提出了加力的概念。目前广泛应用于各类发动机的是复燃加力型加力燃烧室。其位于发动机涡轮出口与尾喷管之间，利用燃烧室排气中的剩余氧气量，向其中喷入燃油进行再燃焼，利用气流在火焰稳定器后形成低速回流区，回流区内的高温燃气形成稳定的点火核，使燃油在加力燃烧室中稳定燃烧，如此可在极短时间内极大地提高燃气温度，增加发动机推力。加力燃烧室与主燃烧室所处的位置和功能不同，二者在工作条件上有很大的差别。加力燃烧发生在涡轮后，所以加力燃烧室中的气流速度和温度大大高于主燃烧室。且加力燃烧室中的来流为主燃烧室的排气，导致加力燃烧时的氧气含量要低于主燃烧室，对加力燃烧室中的燃烧组织提出了严峻的考验。针对这一问题，相关研究主要围绕在V型钝体火焰稳定器的火核稳定能力与增大回流区造成的压力损失之间的平衡上开展，内容包括改变稳定器的结构参数、设计一体化稳定器等，获得了较为全面、完善的研究结果。

近年来，国内外开展了许多有关加力燃烧室的工作，提出了多种加力燃烧室结构及方案，其工作主要集中在加力燃烧室火焰稳定器的设计与内部安装燃油管路同时外涵气体冷却，涡轮排气框架的整流支板的设计等，通过有效缩短加力燃烧室长度，减轻加力燃烧室的重量，优化加力燃烧室的结构并以此提高推重比。然而燃烧效率差，燃烧稳定性，燃油消耗多以及燃烧污染等问题并没有得到很好的解决。

先进高性能的军用燃气涡轮发动机对加力燃烧室的燃烧效率、燃烧稳定性和点火可靠性都提出了更高的要求。为了改善加力燃烧室这方面的性能和提高经济性，对双级燃烧的加力燃烧室结构设计的研究具有很好的前景，有利于提高加力燃烧室的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种双级燃烧的加力燃烧室，与现有的技术相比，本方案的优点在于通过采用双级燃烧的加力方式，不仅使加力燃烧室能为飞机提供不同的加力状态，从而提高飞机的机动性，而且还能避免在仅需要小加力时喷入过多的燃油，达到节省燃料提高经济性的作用；同时，前一级燃烧后的高温气体能为后一级提供相对较高的温度，使后一级能更稳定的燃烧，并且后一级燃烧又能将前一级未充分燃烧的燃油进一步燃烧，能极大的提高燃烧效率和减少排气污染，由于后一级燃烧所需的空气由外涵道经掺混孔进入内涵后部，该部分气体能很好的起到冷却加力燃烧室壁面的作用。双级燃烧的加力燃烧室的设计和加工都不复杂，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双级燃烧的加力燃烧室结构。

本发明技术方案如下：

一种双级燃烧的加力燃烧室，包括：主级燃烧的v型火焰稳定器结构与输油管路很喷油管路、次级燃烧的火焰稳定器结构与输油管路很喷油管路以及内层燃烧室筒壁的结构。设计参数包括主次级v型火焰稳定器的角度、主次级火焰稳定器在加力燃烧室中的位置、主次级燃烧管路的燃油流量比以及内层燃烧室筒壁的掺混孔分布。其特征在于：v型火焰稳定器的壁面厚度为3-5mm，壁面内层有环形燃油喷射管路，燃油管路上布有直径1-2mm的喷射小孔，两级火焰稳定器的径向长度比例为7:3，最大燃油喷射量也为7:3，两级火焰稳定器均有相互呈120°夹角的三根输油管道支撑，输油管道的外径为15-20mm，内径为3-5mm，为满足两级加力的燃烧要求，该加力燃烧室外涵道与内涵道空气流量之比为3:7，其中内层火焰筒壁面后1/4-1/3,处设置三排掺混孔，第一排掺混孔直径为25-30mm，第二排为20-25mm，第三排为15-20mm，逐级递减的排列方式，双级燃烧的加力燃烧室的具体尺寸应根据发动机的整体尺寸进行比例分配，在满足强度要求的前提下，对双级燃烧的加力燃烧室进行尺寸设置。

本发明具有以下有益效果：

双级燃烧的加力燃烧室与常规加力燃烧室不同，由涡轮排除的燃气在经过第一级加力复燃后，产生高温高压的燃气，由于由涡轮排出的燃气已经经过主燃烧室燃烧，含氧量有所下降，必定导致第一级加力复燃的燃烧效率低下，而该双级燃烧的加力燃烧室，在经过第一级燃烧后的燃气能在第二级中进一步燃烧，而且有由掺混孔进入的空气，从而不仅使加力燃烧室的燃烧效率大大提升，还能够有效降低尾气排放中污染物的含量，掺混孔进入的空气还能起到冷却加力燃烧室内筒壁的作用，并且双级燃烧的加力燃烧室能为飞机提供多种不同的加力状态，大大提高飞机的机动性。

附图说明

图1：一种双级燃烧的加力燃烧室的整体示意图

图2：一种双级燃烧的加力燃烧室入口正视图

图3：v型火焰稳定器示意图

图1中1-整流支板 2-加力内锥 3-第一级v型火焰稳定器 4-第二级v型火焰稳定器 5-输油管道 6-掺混孔 7-加力燃烧室内壁 8-壳体

图2中1-壳体 2-加力燃烧室内壁 3-整流支板 4-加力内锥 5-第一级v型火焰稳定器 6-第二级v型火焰稳定器 7-输油管道

图3中1-v型火焰稳定器 2-燃油通道 3-直射式喷嘴小孔

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，本发明提供了一种双级燃烧的加力燃烧室结构。图1为一种双级燃烧的加力燃烧室的整体示意图，图2为一种双级燃烧的加力燃烧室入口正视图，图3为v型火焰稳定器示意图。

由涡轮后来的气流通过图2(3)所示整流支板进入加力燃烧室后由图1(7)加力燃烧室内壁将气流分为内涵气流与外涵气流，其中内涵气流流经图1(3)第一级v型火焰稳定器后，燃油通过图1(5)输油管道进入图3(2)所示燃油通道内，再由图3(3)所示的直射式喷嘴小孔喷出，外涵气流则从图1(6)所示掺混孔进入加力燃烧室第二级v型火焰稳定器处参与燃烧，与内涵气流混合，在整个双级v型火焰稳定器间燃烧。由于第二级v型火焰稳定器的作用，油气停留时间延长，掺混更均匀，从而使燃烧更加充分，提高了燃油的燃烧效率及减小了燃烧的排气污染。

Claims (6)

1.一种双级燃烧的加力燃烧室结构，其特征在于：加力燃烧室由双层火焰筒组成，且在内层火焰筒内前后位置分别布置了两个油路，其中前部位主油路，后部为副油路。

2.根据权利要求1所述的一种双级燃烧的加力燃烧室结构，其特征在于：入口位置整流支板长度为40～45mm，厚度为6～8mm，整流支板叶型头部采用直径为4～6mm圆弧，叶身采用直径3000～4000mm的圆弧，整个叶型采用流线型。

3.根据权利要求1所述的一种双级燃烧的加力燃烧室结构，其特征在于：外层火焰筒进口1/5～1/4出安装内层火焰筒，且内层火焰筒径向面积为外层火焰筒径向面积的7/10，内层火焰筒长度为外层火焰筒长度的3/4～4/5。

4.根据权利要求1所述的一种双级燃烧的加力燃烧室结构，其特征在于：主油路位于内层火焰筒前1/5～1/4处，副油路位于内层火焰筒后1/4～1/3处，且主副油路的喷油量为7：3。

5.根据权利要求1所述的一种双级燃烧的加力燃烧室结构，其特征在于：副油路由内层火焰筒壁面布置掺混孔进气，在内层火焰筒壁面设置三层掺混孔，掺混孔位置为内层火焰筒后1/4-1/3处，第一排气孔直径为25-30mm，第二排气孔直径为20-25mm，第三排气孔直径为15-20mm。

6.根据权利要求1所述的一种双级燃烧的加力燃烧室结构，其特征在于：主副油路均采用V型火焰稳定器，V型火焰稳定器内测布置油路，且油路上布置直径1.5-2.5mm的小孔。

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