CN112431701A - 一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器 - Google Patents

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Abstract

本发明一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，属于中小型无人机活塞式发动机技术领域；包括导油腔、低压喷口、高压环缝喷口、环形低压气室和环形高压气室；环形低压气室和环形高压气室分别通过重油雾化器侧壁上的进气通道与低、高压压气机连通；低压喷口沿周向设置于环形低压气室与雾化区等径段之间连接处，是由一级谐振管和二级谐振管形成的Hartmann十字共振管结构，其喷射顶角α为10°～25°；高压环缝喷口为环形的Laval管结构，沿周向设置于环形高压气室与雾化区扩张段之间连接处，其喷射顶角β为45°～60°。本发明采用不同进气压力的二级雾化方案，有效防止了强大的背景噪声对雾化的干扰，又避免了一级雾化区冲击力太强而导致二级雾化的不充分。

Description

一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器
技术领域
本发明属于中小型无人机活塞式发动机技术领域，具体涉及一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器。
背景技术
航空重油作为航空活塞发动机的重要燃料，其闪点高且不易挥发，安全性能好，但由于其黏性、表面张力大，重油的雾化一直是技术难题。此外，航空重油的辛烷值只有25～46，如果雾化不充分，容易产生不正常的爆震现象。这些现象会使燃烧不充分，影响燃油效率，进而制约航空重油发动机的最大输出功率，不能满足发动机对动力的需求。实现重油雾化要克服更大的表面张力，把更大的气体动能转换成重油的表面能。
纵观国内外与此相关的研究，解决爆震问题的方案多数为改善油气混合比例，优化喷嘴气道结构的成果是很少的，改善油气混合比例需要对发动机的结构提出更高的要求，例如承受更大的压强、增加燃烧室等等，这势必会增加额外的重量，对于载荷有限的中小型无人机来说并不适用。
中国专利CN201810535063.5优化了燃烧室，改变压缩比，使重油和空气实现了较为充分的混合，但结构的复杂性也降低了系统的可靠性，在温度较低、重油流动性较差的条件下难以正常工作。
中国专利CN201621263161.0公开了一种双喷嘴制备金属粉末的雾化器，其一级和二级破碎均运用高速气流，这导致了液滴在二级雾化区停留时间较短，对于表面张力大的重油来说，不足以使油滴破碎成理想粒径，且分布不均匀。
Laval喷嘴是目前最常用的气动雾化喷嘴，其主要作用是把亚音速的气流加速到超音速，从而获得更细小的液滴粒径。
麻省理工学院Grant教授改进的高压雾化器引入了Hartmann谐振腔，使气流产生稳定的压力振动，有利于提高动能和表面能间的转换效率，但由于高压带来的背景噪声将超声波淹没，雾化效果并不突出，工业上鲜有应用的案例。
综合以上分析，改变中小型无人机发动机结构进而改善油气混合比例并非最优解，本发明正是从改善雾化器气道结构出发，用Hartmann谐振腔和Laval喷嘴进行复合，集成Hartmann谐振腔的振动作用和Laval喷嘴的加速作用，油滴被雾化的更细小，从而与空气混合更均匀，提升燃烧效率。相较于原有的雾化设备，此种雾化器重量轻、雾化性能好，具有通用性，是针对中小型无人机发动机的一次技术攻关。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，采用将Hartmann谐振腔和Laval管特征的通道相结合的特征，并对具体参数进行限定，能够雾化出粒径更细小的油滴，提高燃烧效率，提供一种重量轻、性能好、具有通用性的重油雾化器。
本发明的技术方案是：一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：包括导油腔、低压喷口、高压环缝喷口、环形低压气室和环形高压气室；所述重油雾化器沿中心轴开有阶梯通孔，所述阶梯通孔的小径端作为导油腔，大径端作为雾化区，所述雾化区沿轴向分为等径段和扩张段；
所述重油雾化器的内外壁之间沿轴并列设置有两个环形空腔，靠近导油腔一端的环形空腔作为环形低压气室，靠近雾化区一端的环形空腔作为环形高压气室；所述环形低压气室和环形高压气室分别通过重油雾化器侧壁上设置的进气通道与低、高压压气机连通；
所述低压喷口沿周向设置于环形低压气室与雾化区等径段之间连接处，是由一级谐振管和二级谐振管形成的Hartmann十字共振管结构，其喷射顶角α为10°～25°；
所述高压环缝喷口为环形的Laval管结构，沿周向设置于环形高压气室与雾化区扩张段之间连接处，其喷射顶角β为45°～60°。
本发明的进一步技术方案是：所述环形低压气室包括两个进气通道，两个进气通道分别与重油雾化器侧壁上的两个对称开设的径向通孔连通。
本发明的进一步技术方案是：所述环形高压气室包括两个进气通道，两个进气通道的中心轴与环形高压气室的环形空腔的周向中心线相切，并成180度分布。
本发明的进一步技术方案是：所述Laval管结构的高压环缝喷口朝向环形高压气室一侧为收缩角，收缩角θ1为40°～50°；朝向雾化区一侧为扩张角，扩张角θ2为10°～20°。
本发明的进一步技术方案是：所述高压环缝喷口所在圆周的直径大于低压喷口所在圆周的直径。
本发明的进一步技术方案是：所述低压喷口为环缝喷口或沿周向均布的环孔喷口。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明相较于其他雾化器，Hartmann谐振腔提供了20～50kHz的压力波动，对油柱进行了初步的破碎并使其变成油滴，同时起到了较好的引流作用；本发明采用了不同进气压力的二级雾化方案，既有效防止了强大的背景噪声对雾化的干扰，又避免了一级雾化区冲击力太强而导致二级雾化的不充分。
Laval结构使高压气室5中的亚音速气体加速至超音速，优化后的参数既保证了出口速度，也阻止了有害激波的产生，进而把初步破碎后的油滴进一步粉碎，使油滴粒径分布在0.5～30μm，使其在燃烧室中与空气充分混合，提高燃烧效率，有效抑制了燃烧不充分、爆震和淹缸等问题。本发明操作简便，制造成本低，雾化效果好且粒径分布更集中。
附图说明
图1为本发明内部结构剖视示意图。
图2为本发明图1中Laval结构Ⅰ的局部剖视图。
图3为本发明环形低压气室4进气通道示意图。
图4为本发明环形高压气室5进气通道示意图。
图5为本发明三维轴测图。
附图标记说明：1、导油腔；2、低压喷口；3、高压环缝喷口；4、环形低压气室；5、环形高压气室。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1至图3所示。本发明公开了一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，包括导油腔1，导油腔1下方有低压喷口2和高压环缝喷口3，导油腔1的周围环绕有环形低压气室4和环形高压气室5。燃料采用常用的航空重油。
所述导油腔1为柱状腔体，其直径为4～6mm，其可以使重油连续稳定流出，且防止堵塞。
所述高压环缝喷口3直径大于低压喷口2直径，即高压粉碎区直径大于低压初步破碎区直径。
所述低压喷口为环缝状喷口，其喷射顶角α为10°～25°，以上角度可以减小重油的损耗，并且保证初步破碎的质量，具体顶角可根据实际情况确定。
所述高压喷口为环缝状喷口，其喷射顶角β为45°～60°，以上角度可以减少油滴间的黏连，在喷出圆锥状油雾的同时不使雾团发散，具体顶角可根据实际情况确定。
所述Laval型环缝结构收缩角θ1为40°～50°，扩张角θ2为10°～20°，以上角度可将高压气室5内的亚音速气体加速至超音速，起到较好的粉碎油滴作用，具体形状可根据实际情况确定。
所述低压气室4和高压气室5进气通道通入一定压力的空气。
本发明针对航空重油的雾化，具体的实施方式如下：
通入空气，向导油腔1中加入航空重油。
航空重油下落至低压喷口2处，被带有稳定压力波动的气流初步破碎成油滴后继续下落。
当被初步破碎后的航空重油下路到高压环缝喷口3处时，被超音速气体进一步粉碎成粒径较小的油滴，使油滴粒径分布在0.5～30μm，进而进入燃烧室与空气混合均匀后燃烧。
实施例2
如图1至图3所示。本发明公开了一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，包括导油腔1，导油腔1下方有低压喷口2和高压环缝喷口3，导油腔1的周围环绕有环形低压气室4和环形高压气室5。燃料采用常用的航空重油。
所述导油腔1为柱状腔体，其直径为4～6mm，其可以使重油连续稳定流出，且防止堵塞。
所述高压环缝喷口3直径大于低压喷口2直径，即高压粉碎区直径大于低压初步破碎区直径。
所述低压喷口为环孔状喷口，其喷射顶角α为10°～25°，其孔径为1～2mm，环孔数量为8～18个，以上参数可以保证重油初步破碎的质量，具体参数可根据实际情况确定。
所述高压喷口为环缝状喷口，其喷射顶角β为45°～60°，以上角度可以减少油滴间的黏连，在喷出圆锥状油雾的同时不使雾团发散，具体顶角可根据实际情况确定。
所述Laval型环缝结构收缩角θ1为40°～50°，扩张角θ2为10°～20°，以上角度可将高压气室5内的亚音速气体加速至超音速，起到较好的粉碎油滴作用，具体形状可根据实际情况确定。
所述低压气室4和高压气室5进气通道通入一定压力的空气。
本发明针对航空重油的雾化，具体的实施方式如下：
通入空气，向导油腔1中加入航空重油。
航空重油下落至低压喷口2处，被带有稳定压力波动的气流初步破碎成油滴后继续下落。
当被初步破碎后的航空重油下路到高压环缝喷口3处时，被超音速气体进一步粉碎成粒径较小的油滴，使油滴粒径分布在0.5～30μm，进而进入燃烧室与空气混合均匀后燃烧。
上述实施例较好的实现了本发明。
综合以上分析，上述为本发明较好的实施例，但不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神与原则之内，所做出的一切修改、等同替换、改进等，在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：包括导油腔、低压喷口、高压环缝喷口、环形低压气室和环形高压气室；所述重油雾化器沿中心轴开有阶梯通孔，所述阶梯通孔的小径端作为导油腔，大径端作为雾化区，所述雾化区沿轴向分为等径段和扩张段；
所述重油雾化器的内外壁之间沿轴并列设置有两个环形空腔，靠近导油腔一端的环形空腔作为环形低压气室，靠近雾化区一端的环形空腔作为环形高压气室；所述环形低压气室和环形高压气室分别通过重油雾化器侧壁上设置的进气通道与低、高压压气机连通；
所述低压喷口沿周向设置于环形低压气室与雾化区等径段之间连接处，是由一级谐振管和二级谐振管形成的Hartmann十字共振管结构，其喷射顶角α为10°～25°；
所述高压环缝喷口为环形的Laval管结构，沿周向设置于环形高压气室与雾化区扩张段之间连接处，其喷射顶角β为45°～60°。
2.根据权利要求1所述应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：所述环形低压气室包括两个进气通道，两个进气通道分别与重油雾化器侧壁上的两个对称开设的径向通孔连通。
3.根据权利要求1所述应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：所述环形高压气室包括两个进气通道，两个进气通道的中心轴与环形高压气室的环形空腔的周向中心线相切，并成180度分布。
4.根据权利要求1所述应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：所述Laval管结构的高压环缝喷口朝向环形高压气室一侧为收缩角，收缩角θ1为40°～50°；朝向雾化区一侧为扩张角，扩张角θ2为10°～20°。
5.根据权利要求1所述应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：所述高压环缝喷口所在圆周的直径大于低压喷口所在圆周的直径。
6.根据权利要求1所述应用于中小型无人机发动机的重油雾化器，其特征在于：所述低压喷口为环缝喷口或沿周向均布的环孔喷口。
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CN114713828A (zh) * 2022-03-11 2022-07-08 北京七弟科技有限公司 Mim用钛及钛合金球形或近球形金属粉末的制备方法

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