CN111197765A - 一种旋转爆震燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转爆震燃烧室，包括入口喷注装置、由内、外筒套在一起形成的燃烧室主环形腔、点火装置、一级分流通道以及二级分流通道，所述入口喷注装置设置在燃烧室主环形腔的一端，用于注入燃料混合物；所述点火装置设置在燃烧室主环形腔内且位于入口喷注装置下游，与喷注装置一一对应，所述一级分流通道以及二级分流通道一次设置在燃烧室主环形腔下游且与燃烧室主环形腔连通，所述一级分流通道与二级分流通道连通。本发明在出口位置设有多级分流通道，使得部分爆震产物通过分流通道的减躁装置，以减小发动机的噪声，同时将出口的压力损失控制在可接受范围内。

Description

一种旋转爆震燃烧室
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体为一种旋转爆震燃烧室。
背景技术
旋转爆震燃烧室是一种以爆震燃烧作为动力的环形燃烧室，燃料由燃烧室头部的多个喷嘴共同供给，通过预爆震管点燃预混燃料，在工作时，靠近燃烧室头部的一段轴向距离的环形腔内，形成一个或者多个沿周向旋转的爆震波，因此，对喷注燃料掺混的均匀性就提出了很高的要求，而在靠近燃烧室出口的位置，爆震波则退化成一系列弱的压缩波。由于爆震波的传播速度都在103m/s量级，靠近燃烧室出口的压力很高，产生的噪声极大，普通的消声装置造成的燃烧室出口能量损失较大，并且在靠近出口的高温高压条件下，普通消声装置难以承受。
发明内容
本发明的目的在于提高了一种旋转爆震燃烧室，以解决现有旋转爆震燃烧室所存在的燃料掺混均匀程度较低、燃烧室出口噪声较大等问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种旋转爆震燃烧室，包括入口喷注装置、由内、外筒套在一起形成的燃烧室主环形腔、点火装置、一级分流通道以及二级分流通道，所述入口喷注装置设置在燃烧室主环形腔的一端，用于注入燃料混合物；所述点火装置设置在燃烧室主环形腔内且位于入口喷注装置下游，与喷注装置一一对应，所述一级分流通道以及二级分流通道一次设置在燃烧室主环形腔下游且与燃烧室主环形腔连通，所述一级分流通道与二级分流通道连通。
优选地，所述入口喷注装置包括燃料管路、设置在燃料管路伸入燃烧室主环形腔的一端的燃料喷嘴、外筒助燃剂管路、内筒助燃剂管路、预混喷嘴，所述外筒助燃剂管路和内筒助燃剂管路以设定的倾斜角度分别穿过内、外筒与燃料管路汇合为一路，所述预混喷嘴设置在燃料喷嘴下游，所述燃料喷嘴与预混喷嘴之间形成一级预混室。
优选地，设定的倾斜角度为45°～60°。
优选地，所述入口喷注装置沿燃烧室主环形腔环面均匀分布。
优选地，所述入口喷注装置的个数为6。
优选地，所述一级分流通道包括一级分流通道开合板、由分流通道内壁面与内筒形成的第一环形腔，所述第一环形腔内部设置一级分流通道消声板、一级降噪室；所述一级分流通道内壁面一设定角度延伸设定距离后与内筒平行。
优选地，所述二级分流通道包括设置在内筒上一级分流通道开合板下游的二级分流通道开合板、由二级分流通道内壁面与内筒形成的第二环形腔，所述第二环形腔内部设置二级分流通道消声板、二级降噪室、出口降噪室，所述第二环形腔与第一环形腔连通。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明入口喷注装置使得燃料和助燃剂发生“对撞式”的预混，预混燃料再经过一个喷嘴，采用“多级”处理装置，延长了掺混时间和轴向距离，进一步提高掺混的均匀度，从而提高燃烧室的燃烧效率；本发明设有分流通道，可使得部分爆震产物经过消声装置，使得消声装置处在比较友好的工作环境，延长其使用寿命，降低燃烧室尾部的能量耗损率；本发明中分流通道通过分流板引流，调节分流板与内壁面的倾斜角度，可以起到调节出口质量流率的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是沿燃烧室中轴线的剖面图。
图3是燃烧室头部的轴向正视图。
图4是图3燃烧室头部的剖视图。
图5是点火装置的轴向正视图。
图6是分流通道的轴向正视图。
图7是图6在B-B向的一级分流通道剖视图。
图8是图6在B-B向的二级分流通道剖视图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种旋转爆震燃烧室，包括入口喷注装置(19)、由内、外筒套在一起形成的燃烧室主环形腔(31)、点火装置(16)、一级分流通道(30) 以及二级分流通道(32)。所述入口喷注装置(19)设置在燃烧室主环形腔(31) 的一端，用于注入燃料混合物；所述点火装置(16)设置在燃烧室主环形腔(31) 内且位于入口喷注装置(19)下游，与喷注装置(19)一一对应，所述一级分流通道(30)与二级分流通道(32)连通，依次设置在燃烧室主环形腔(31)下游且与燃烧室主环形腔(31)连通。爆震产物经由一级分流通道(30)、二级分流通道(32)排出燃烧室，产生推力。
如图4所示，进一步的实施例中，所述入口喷注装置(19)包括燃料管路(3)、设置在燃料管路(3)伸入燃烧室主环形腔(31)的一端的燃料喷嘴(4)、外筒助燃剂管路(1)、内筒助燃剂管路(2)、预混喷嘴(5)。所述外筒助燃剂管路(1) 和内筒助燃剂管路(2)以设定的倾斜角度分别穿过内、外筒与燃料管路(3)汇合为一路，所述预混喷嘴(5)设置在燃料喷嘴(4)下游，所述燃料喷嘴(4) 与预混喷嘴(5)之间形成一级预混室(13)，所述预混喷嘴(5)下游形成二级预混室(14)。
所述外筒助燃剂管路(1)和内筒助燃剂管路(2)以设定的倾斜角度分别穿过内、外筒，助燃剂也就以相同的角度与燃料产生对撞冲击，实现一定程度的掺混效果，相较于垂直管路，减少了空间占用率，减少了助燃剂的动压损失。
如图3所示，进一步的实施例中，入口喷注装置(19)沿环面均匀分布，保证了预混燃料均匀充斥于燃烧室头部环形腔。在某些实施例中，入口喷注装置 (19)的个数为6。燃料从燃料管路(3)进入燃烧室，经过燃料喷嘴(4)进行雾化，在第一级预混室(13)与两道助燃剂发生对撞掺混，一级掺混的预混燃料再经过预混喷嘴(5)得到进一步细化，掺混程度得到进一步提高，随后进入二级预混室(14)。
进一步的实施例中，所述点火装置(16)设置在二级预混室(14)内壁上，每组点火装置之间相互独立，易于实现对点火位置、点火个数和点火顺序的控制。
进一步的实施例中，所述一级分流通道(30)包括一级分流通道开合板(6)、由分流通道内壁面(7)与内筒形成的第一环形腔，所述第一环形腔内部设置一级分流通道消声板(8)、一级降噪室(17)；所述一级分流通道内壁面(7)一设定角度延伸设定距离后与内筒平行。所述二级分流通道(32)包括设置在内筒上一级分流通道开合板(6)下游的二级分流通道开合板(9)、由二级分流通道内壁面(10)与内筒形成的第二环形腔，所述第二环形腔内部设置二级分流通道消声板(11)、二级降噪室(18)、出口降噪室(33)，所述第二环形腔与第一环形腔连通。。所述一级分流通道内壁面(7)与一级分流通道开合板(6)靠近一级分流通道开合板(6)的一端以设定角度设置设定距离后与内筒平行，保证一级分流通道内的气流与燃烧室主环形腔(31)内的气流最终沿相同方向喷出。
如图5至图8所示，所述内筒上一级分流通道开合板(6)关于燃烧室中轴线对称，开合板接头的开闭决定了一级分流通道(30)的工作状态；一级分流通道的下游安装有开合板(9)，开合板(9)的开闭决定了二级分流通道(32)的工作状态，两者共同决定整个燃烧室尾部的工作状态。一级分流通道是由开合板 (6)、内壁面(7)以及燃烧室内壁面(15)的部分构成的一个环形腔，一级分流通道的中部设有消声板(8)，消声板(8)后紧跟的环形腔就是降噪室(17)，二级分流通道内壁面(10)设在降噪室(17)和二级分流通道(32)之间，既对二级分流通道内的爆震产物起引流作用，又对降噪室(17)内的爆震产物起进一步降噪的作用。二级分流通道的中部设有消声板(11)，对来自降噪室(17)和二级分流通道(32)的两道爆震产物进行消声处理，由于存在经过消声处理的爆震产物，降噪室(18)既是降噪室，也是二级分流通道(32)的一部分。通过消声板(11)的爆震产物经由降噪室(33)排出燃烧室外。
本发明的工作过程为：燃料从燃料管路(3)进入，助燃剂从助燃剂管路(1) 和助燃剂管路(3)进入，燃料经过燃料喷嘴(4)被雾化，雾化后的燃料与助燃剂在一级预混室(13)发生对撞掺混，预混燃料通过预混喷嘴(5)进一步掺混。经过两级掺混的预混燃料进入燃烧室环形腔(31)，直至充满整个环形腔从燃烧室尾部出口排出，此时一级分流通道开合板(6)和二级分流通道开合板(9)处于关闭状态。在发动机准备点火前，根据所设定的工况决定一级分流通道开合板 (6)和二级分流通道开合板(9)的开闭情况：若质量流率较小，爆震产物的噪声分贝较低，可仅打开任意一个开合板，主通道环形腔(31)内的爆震产物便和二级分流通道(32)内的爆震产物一同排出燃烧室；若质量流率较大，爆震产物噪声分贝较高，则需将开合板(6)和开合板(9)一同打开，发动机点火后的爆震产物便一同由两种通道排出；由于分流通道的存在，燃烧室出口面积相较于传统燃烧室发生改变，若要保证燃烧室出口面积一定，则需两个开合板同时处于关闭状态。
本发明在燃烧室的头部设置有六组喷注管路，每组管路包括两条沿环形腔对称分布的助燃剂管路和一条穿过环形腔中轴线的燃料管路，这样有利于预混物掺混更加均匀，燃烧效率高；在燃烧室尾部附近设有多级分流通道，使得消声装置处于更加友好的工作环境中，起到更好的降噪作用。

Claims (7)

1.一种旋转爆震燃烧室，其特征在于，包括入口喷注装置(19)、由内、外筒套在一起形成的燃烧室主环形腔(31)、点火装置(16)、一级分流通道(30)以及二级分流通道(32)，所述入口喷注装置(19)设置在燃烧室主环形腔(31)的一端，用于注入燃料混合物；所述点火装置(16)设置在燃烧室主环形腔(31)内且位于入口喷注装置(19)下游，与喷注装置(19)一一对应，所述一级分流通道(30)以及二级分流通道(32)一次设置在燃烧室主环形腔(31)下游且与燃烧室主环形腔(31)连通，所述一级分流通道(30)与二级分流通道(32)连通。
2.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述入口喷注装置(19)包括燃料管路(3)、设置在燃料管路(3)伸入燃烧室主环形腔(31)的一端的燃料喷嘴(4)、外筒助燃剂管路(1)、内筒助燃剂管路(2)、预混喷嘴(5)，所述外筒助燃剂管路(1)和内筒助燃剂管路(2)以设定的倾斜角度分别穿过内、外筒与燃料管路(3)汇合为一路，所述预混喷嘴(5)设置在燃料喷嘴(4)下游，所述燃料喷嘴(4)与预混喷嘴(5)之间形成一级预混室(13)。
3.根据权利要求2所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，设定的倾斜角度为45°～60°。
4.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述入口喷注装置(19)沿燃烧室主环形腔(31)环面均匀分布。
5.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述入口喷注装置(19)的个数为6。
6.根据权利要求1所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述一级分流通道(30)包括一级分流通道开合板(6)、由分流通道内壁面(7)与内筒形成的第一环形腔，所述第一环形腔内部设置一级分流通道消声板(8)、一级降噪室(17)；所述一级分流通道内壁面(7)一设定角度延伸设定距离后与内筒平行。
7.根据权利要求6所述的旋转爆震燃烧室，其特征在于，所述二级分流通道(32)包括设置在内筒上一级分流通道开合板(6)下游的二级分流通道开合板(9)、由二级分流通道内壁面(10)与内筒形成的第二环形腔，所述第二环形腔内部设置二级分流通道消声板(11)、二级降噪室(18)、出口降噪室(33)，所述第二环形腔与第一环形腔连通。
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