CN112567175B - 预旋流压力雾化尖端 - Google Patents

Abstract

提供了用于燃料喷射器的喷嘴(22)的尖端(20)和相关的方法。尖端(20)包括尖端主体(30)和旋流器(32)。旋流器(32)包括多个预旋流通道(58)，该多个预旋流通道(58)使旋流器的内腔与进料环带(62)流体连通。旋流器还包括多个旋流室通道(68)，该多个旋流室通道(68)使旋流室(70)与进料环带(62)流体连通。方法包括通过增材制造来制造旋流器的至少一部分。

Description

预旋流压力雾化尖端

技术领域

本发明总体上涉及燃料喷射器，尤其涉及在燃料喷射器上使用的雾化尖端。

背景技术

燃料喷射器已经用于与吸气式推进系统相关的许多应用中，包括例如，用于冲压式喷气发动机、超音速燃烧冲压喷气发动机和燃气涡轮发动机(诸如在航空中所使用的)中。一般而言，这些系统通常包括用于压缩进气的部分、用于燃烧压缩空气和燃料的燃烧部分、以及膨胀部分，在膨胀部分，来自由燃料的燃烧产生的热气的能量被转换为机械能。来自膨胀部分的排气可以用于实现推力或者作为热和能量的来源。

这种喷射器通常采用喷嘴，燃料恰好在燃烧之前从喷嘴排出。这些喷嘴包括尖端，该尖端通常结合有用于促进燃料喷雾中期望的燃料滴分布的特征。这种特征可以包括旋流室、尖端几何形状、雾化器等。

尽管已经证明这种喷嘴是可靠的，但是本文的申请人发现，在某些条件下，适当的液滴尺寸分布可能小于所期望的。例如，在高海拔条件下，液滴尺寸分布可能小于维持发动机运转所期望的液滴尺寸分布。本文的申请人已经发现，引起这种不良状况的一个因素是当燃料在离开喷嘴之前旋流时缺少强的切向分量。缺少强的切向分量可能导致喷雾锥坍塌。

还发现，现有喷嘴的组装和构造已经引起报废和返工问题。实际上，如上所述，喷嘴采用尖端。尖端包括尖端主体和插入尖端主体中的旋流器。旋流器在尖端主体中的固定是通过将旋流器安装到尖端主体中来实现的。本文的申请人已经发现，将旋流器安装在尖端主体中可能导致上述任一部件的特征的塑性变形，这最终影响流量和喷雾特性。

因此，在本领域中需要一种避免或消除上述缺点的改进的喷嘴尖端。本发明提供了这种尖端。根据本文提供的本发明的描述，本发明的这些和其他优点以及附加的发明特征将变得显而易见。

发明内容

一方面，本发明提供了一种用于燃料喷射器的喷嘴的尖端。这种尖端的实施例包括限定尖端的纵向轴线的尖端主体和位于尖端主体内的旋流器。旋流器包括多个预旋流通道。多个预旋流通道中的每个预旋流通道具有纵向轴线，该纵向轴线相对于尖端的纵向轴线既在径向方向又在轴向方向上延伸。尖端还包括接收来自多个预旋流通道的燃料流的进料环带，其中，多个预旋流通道被配置和布置为使得进入进料环带的燃料流具有具有切向分量的流速。旋流器包括多个旋流室通道，其接收来自进料环带的燃料流。多个旋流室通道中的每个旋流室通道包括纵向轴线，该纵向轴线相对于尖端的纵向轴线仅在径向方向上延伸。旋流器还包括旋流室，其经由旋流室通道接收来自进料环带的燃料流。

在某些实施例中，进料环带形成在尖端主体的内部径向面对表面与旋流器的外部径向表面之间。进料环带相对于尖端的纵向轴线位于旋流室的径向外侧。

在某些实施例中，多个预旋流通道中的每个预旋流通道的纵向轴线沿着锥形螺旋路径延伸或者可替代地沿着直线路径延伸。在某些实施例中，多个旋流室通道中的每个旋流室通道的纵向轴线是直的或弯曲的。

在某些实施例中，旋流器的至少一部分通过增材制造形成。

另一方面，提供了一种用于燃料喷射器的喷嘴的尖端。这种尖端的实施例包括尖端主体和包含在尖端主体内的旋流器。旋流器包括用于接收进入尖端主体的燃料流的进口腔。进料环带与进口腔流体连通并且相对于通过尖端的燃料流的方向位于进口腔的下游。旋流室与进料环带流体连通并且相对于通过尖端的燃料流的方向位于进料环带的下游。进料环带形成在尖端主体的内部径向面对表面与旋流器的外部径向表面之间。进料环带相对于尖端的纵向轴线位于旋流室的轴向下游或径向外侧中的至少之一。

在根据该方面的某些实施例中，进口腔和进料环带经由多个预旋流通道流体连通。多个预旋流通道中的每个预旋流通道具有纵向轴线，该纵向轴线相对于由尖端限定的纵向轴线既在径向方向又在轴向方向上延伸。在根据该方面的某些实施例中，多个预旋流通道中的每个预旋流通道的纵向轴线沿着锥形螺旋路径或直线路径中的一种延伸。

在根据该方面的某些实施例中，进料环带和旋流室经由多个旋流室通道流体连通。多个旋流室通道中的每个旋流室通道包括纵向轴线，该纵向轴线相对于由尖端限定的纵向轴线仅在径向方向上延伸。旋流室通道中的每个旋流室通道的纵向轴线沿着直线路径或弯曲路径中的一种延伸。

在根据该方面的某些实施例中，多个预旋流通道被配置和布置为使得进入进料环带的燃料流具有具有切向分量的流速。

在又一方面，提供了一种形成用于燃料喷射器的喷嘴的尖端的方法。这种方法的实施例包括提供旋流器和提供尖端主体。该方法的该实施例还包括将旋流器插入尖端主体的通道中。旋流器具有多个预旋流通道和多个旋流室通道。该方法的该实施例还包括将旋流器固定在尖端主体的通道内，使得在尖端主体的径向内部面对表面与旋流器的径向外部面对表面之间形成进料环带，以使多个预旋流通道与多个旋流室通道流体连通。

在根据该方面的某些实施例中，提供旋流器的步骤包括：通过增材制造来制造旋流器的至少一部分。在根据该方面的某些实施例中，通过增材制造来制造旋流器的至少一部分的步骤包括：通过增材制造来形成预旋流通道。

在根据该方面的某些实施例中，通过增材制造来形成预旋流通道的步骤包括：形成预旋流通道，使得预旋流通道中的每个预旋流通道包括纵向轴线，该纵向轴线沿着锥形螺旋路径或直线路径中的一种移动。

在根据该方面的某些实施例中，通过增材制造来制造旋流器的至少一部分的步骤包括：通过增材制造来形成旋流室通道。

在根据该方面的某些实施例中，通过增材制造来形成旋流室通道的步骤包括：形成旋流室通道，使得旋流室通道中的每个旋流室通道具有纵向轴线，该纵向轴线沿着直线路径或弯曲路径中的一种移动。

当结合附图时，本发明的其他方面、目的和优点将从以下详细描述中变得更加明显。

附图说明

结合在说明书中并形成说明书的一部分的附图示出了本发明的几个方面，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是预旋流压力雾化尖端的实施例的透视图；

图2是图1的尖端的分解图；

图3是图1的尖端的横截面；

图4-图5是图1的尖端的横截面，其在垂直于图3所示的横截面的平面的平面中截取；

图6是预旋流压力雾化尖端的另一实施例的透视分解图；

图7是图6的尖端的横截面；

图8-图9是图6的尖端的横截面，其在垂直于图7所示的横截面的平面的平面中截取；

图10是预旋流压力雾化尖端的另一实施例的透视分解图；

图11是图10的尖端的横截面；

图12-图13是图10的尖端的横截面，其在垂直于图11所示的横截面的平面的平面中截取；

图14是预旋流压力雾化尖端的另一实施例的透视分解图；

图15是图14的尖端的横截面；

图16-图17是图14的尖端的横截面，其在垂直于图15所示的横截面的平面的平面中截取；

图18是由图1-图5的实施例限定的流量的表示；

图19是由图6-图9的实施例限定的流量的表示；

图20是预旋流压力雾化尖端的另一实施例的透视分解图；

图21是图20的尖端的横截面；以及

图22-图23是图20的尖端的横截面，其在垂直于图21所示的横截面的平面的平面中截取。

尽管将结合某些优选实施例来描述本发明，但是并不旨在将其限制于这些实施例。相反地，本发明旨在覆盖本发明的实质和范围内所包括的所有替代、修改和等同形式，本发明的实质和范围由所附的权利要求书限定。

具体实施方式

现在转到附图，下面描述根据本文的教导的预旋流压力雾化尖端的各种实施例。该尖端的使用不限于任何特定的燃料喷射器装置的任何特定的喷嘴，并且因此可以以很小的调整(如果有的话)容易地结合到任何喷嘴中。从以下内容将理解，本文所述的尖端有利地促进了各种工作条件下的适当雾化和燃料分散，包括但不限于维持发动机运转。尖端通过各种机械特征来实现这一点，在某些情况下，这些机械特征通过增材制造来实现。

首先转到图1，该图示出了与喷嘴22的示意图相关联的尖端20。如上所述，喷嘴22和与其相关联的燃料喷射器装置可以采取任何形式。参照图2，尖端20包括尖端主体30和旋流器32。尖端主体30限定了纵向轴线34，旋流器32沿着该纵向轴线34在尖端主体30的内孔36(参见图3)内居中。旋流器32的全部或一部分可以压配合在内孔36内。另外地或可替代地，旋流器32也可以被钎焊、焊接或以其他方式机械地连接到尖端主体30。还可以考虑，通过经由增材制造将尖端主体30和旋流器32一起形成的方式可以将这些部件的整体形成为单件。因此，如包含在尖端主体30中、位于尖端主体30、等的旋流器32的描述应被认为包括与尖端主体30一体形成的旋流器32。还可以考虑，尖端主体30或旋流器32可以包括通过增材制造和常规机械加工相结合而形成的部分。

尖端主体30在其一个轴向端部中包括开口38，该开口38限定了内孔36的开口(参见图3)。如图所示，在与形成开口38的端部相反的尖端主体30的轴向端部处的孔口40。因此，孔36在开口38与孔口40之间延伸。虽然示出为具有大致上圆柱形的外部形状，但是尖端主体30可采取任何形状以适应本文所述的特征。

旋流器32包括主体部分46和旋流器部分48，旋流器部分48相对于主体部分46具有减小的外径。图2中可见多个预旋流出口60。如下面将详细描述的，这些预旋流出口60使流过旋流器32的进口腔56的燃料与径向形成在旋流器部分48与尖端主体30的内部之间的进料环带62(参见图3)连通。然后，燃料流过多个旋流室入口64进入旋流室70，在此燃料在离开孔口40之前再次旋流。

现在转到图3，将更详细地描述上述概括的配置。如图3所示，旋流器32插入孔36内，使得进口腔56的开口面对孔36的开口38。利用该配置，进入开口38的燃料流入进口腔56。多个预旋流入口54位于进口腔56的另一端部。这些预旋流入口通向在预旋流入口58与预旋流出口60(参见图2)之间延伸的预旋流通道58。预旋流入口58和预旋流出口60可以包括多种特征，例如在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过预旋流通道58获得期望的流动特性。

如下面将更详细地解释的，预旋流通道58限定了纵向轴线，该纵向轴线在既具有轴向分量(即，平行于纵向轴线34)又具有径向分量(例如，垂直于纵向轴线34)的方向上延伸。预旋流通道58的这些纵向轴线也是直的，使得预旋流通道58从进口腔36以直线延伸到进料环带62。

在离开预旋流出口60(参见图2)时，燃料然后遇到上述引入的进料环带62。进料环带62在径向上形成在尖端主体30的内部径向向内面对表面50与设置在旋流器32的旋流室部分48上的径向向外面对表面52之间。由于该配置，如图所示，进料环带在旋流室70的径向外侧。此外，如图所示，进料环带62和旋流室70彼此轴向偏移。

一旦进入进料环带62内，燃料然后流入在旋流室部分48上形成的旋流室入口64(参见图2)。然后，该燃料离开旋流室出口66并进入旋流室70。多个机械加工的旋流室通道68在旋流室入口64与旋流室出口66之间延伸。旋流室入口64和旋流室出口66可以包括多种特征，例如，在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过旋流室通道68获得期望的流动特性。尽管示出了两个旋流室通道68，但是可以使用更少或更多的通道。

然后，燃料在旋流室70内旋流并经由孔口40离开尖端20。孔口40可以采取实现期望的锥体形成和液滴分散所需的任何几何形状。在所示的实施例中，燃料恰好在离开孔口40之前遇到直出口部42。在遇到直出口部42之前，燃料在离开旋流室70之后遇到锥形出口部44。因此，旋流室70、锥形出口部44和直出口部可被认为形成尖端20的旋流区域。

尽管未在图3中示出，旋流器32可在其外部包括特征，诸如用于容纳密封件的凹槽或用于确保在旋流器32与尖端主体30之间形成充分密封的其他装置。可以使用任何机械方式将旋流器32安装在尖端主体30内。因此，旋流器32被充分地密封并限制在孔36内。

现在转到图4，该图示出了在预旋流通道58延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个预旋流通道58限定了纵向轴线80，该纵向轴线80是线性的，但是既具有轴向方向分量又具有径向方向分量。如图所示，这些预旋流通道58等距间隔。尽管示出了四个预旋流通道，但是可以使用更少或更多的通道。如在该视图中可以看到的，轴线80不与中心轴线34(参见图2)相交。该偏移允许在燃料进入进料环带62时向燃料的流速引入切向分量。

参照图5，该图示出了在旋流室通道68延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个旋流室通道68限定了仅在径向方向上延伸的纵向轴线82，即，纵向轴线82与既包括径向方向分量又包括轴向方向分量的纵向轴线80不同，其仅包括径向方向分量。利用这种布置，旋流室通道68被布置为与旋流室70大致相切。这些特征允许对通过尖端40的燃料的流速赋予显著的切向分量，从而消除或减小了喷雾锥塌陷的可能性。特别地，流动环带62被布置为使得如燃料从预旋流通道58切向地离开时一样，燃料在流动环带62内旋流。因此，该旋流的燃料然后以较少的损失进入旋流室通道68并且最终进入旋流室70，并因此在旋流室70内具有更多的切向旋转。

现在转到图6，以分解图的形式示出了根据本文的教导的尖端的另一实施例120。从以下内容将理解，除了几处显著的不同之处，该尖端120具有与上述尖端20相同的构造。作为一个示例，预旋流通道158(参见图7-图8)遵循锥形螺旋路径，而不是如预旋流通道58的情况下的直线路径。作为另一示例，预旋流通道158经由增材制造形成，以实现其复杂的几何形状。这些和其他结构特性在下面描述。

如图7所示，尖端120包括尖端主体130和旋流器132。旋流器132沿着由尖端主体130限定的轴线134插入尖端主体130的孔136内。旋流器132的进口腔156的开口面对孔136的开口138。利用该配置，进入开口138的燃料流入进口腔156。多个预旋流入口154位于进口腔156的另一端部。这些预旋流入口154通向在预旋流入口158与预旋流出口160(参见图6)之间延伸的预旋流通道158。预旋流入口158和预旋流出口160可以包括多种特征，例如在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过预旋流通道158获得期望的流动特性。

预旋流通道158限定了纵向轴线，该纵向轴线在既具有轴向分量(即，平行于纵向轴线134)又具有径向分量(例如，垂直于纵向轴线134)的方向上延伸。预旋流通道158的这些纵向轴线也是弯曲的，使得预旋流通道158从进口腔136以锥形螺旋路径延伸到进料环带162，该进料环带162以与上述进料环带162大致相同的方式布置。

在离开预旋流出口160(参见图6)时，燃料然后遇到上述引入的进料环带162。进料环带162在径向上形成在尖端主体130的内部径向向内面对表面150与设置在旋流器132的旋流室部分148上的径向向外面对表面152之间。由于该配置，如图所示，进料环带在旋流室170的径向外侧。此外，如图所示，进料环带162和旋流室170彼此轴向偏移。

一旦进入进料环带162内，燃料然后流入在旋流室部分148上形成的旋流室入口164(参见图6)。然后，该燃料离开旋流室出口166并进入旋流室170。多个机械加工的旋流室通道168在旋流室入口164与旋流室出口166之间延伸。旋流室入口164和旋流室出口166可以包括多种特征，例如，在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过旋流室通道168获得期望的流动特性。尽管示出了两个旋流室通道168，但是可以使用更少或更多的通道。

然后，燃料在旋流室170内旋流并经由孔口140离开尖端120。孔口140可以采取实现期望的锥体形成和液滴分散所需的任何几何形状。在所示的实施例中，燃料恰好在离开孔口140之前遇到直出口部142。在遇到直出口部142之前，燃料在离开旋流室170之后遇到锥形出口部144。因此，旋流室170、锥形出口部144和直出口部可被认为形成尖端120的旋流区域。

与旋流器32的情况一样，旋流器132可以在其外部包括特征，诸如用于容纳密封件的凹槽或用于确保在旋流器132与尖端主体130之间形成充分密封的其他装置。

现在转到图8，该图示出了在预旋流通道158延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个预旋流通道158限定了纵向轴线180，该纵向轴线180是弯曲的并且遵循锥形螺旋路径，因此既具有轴向方向分量又具有径向方向分量。如图所示，这些预旋流通道158等距间隔。尽管示出了三个预旋流通道，但是可以使用更少或更多的通道。该锥形螺旋路径允许在燃料进入进料环带162时向燃料的流速引入切向分量。

如上面已经提及的，这些预旋流通道158经由增材制造形成。使用该工艺允许这些通道158的相对复杂的几何形状，特别是它们的锥形螺旋路径。为了实现这一点，可以通过增材制造来整体制造旋流器132，随后进行机械加工以实现其他特征，例如旋流室170、旋流室通道168等。可替代地，还可以考虑可以使用机械加工的衬底，随后使用增材制造在该衬底上“构建”材料以实现本文所述的几何形状。如将容易理解的，增材制造的使用允许具有复杂几何形状的预旋流通道158的优点，以帮助对流速施加期望的切向分量。

参照图9，该图示出了在旋流室通道168延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个旋流室通道168限定了仅在径向方向上延伸的纵向轴线182，即，纵向轴线182与既包括径向方向分量又包括轴向方向分量的纵向轴线180不同，其仅包括径向方向分量。利用这种布置，旋流室通道168被布置为与旋流室170大致相切。这些特征允许对通过尖端140的燃料的流速赋予显著的切向分量。

现在转到图10，以分解图的形式示出了根据本文的教导的尖端的另一实施例220。从以下内容将理解，该尖端220具有与上述尖端120相同的构造，在该构造中利用了预旋流通道258(参见图11-图13)，该预旋流通道258遵循经由增材制造形成的锥形螺旋路径。尖端220与上述尖端120之间的一个显着例外是，尖端220的旋流室270部分地经由增材制造形成并且在旋流室出口266(参见图13)的区域中包括流动环带290。下面描述该尖端220的结构配置的细节。

如图11所示，尖端220包括尖端主体230和旋流器232。旋流器232沿着由尖端主体230限定的轴线234插入尖端主体230的孔236内。旋流器232的进口腔256的开口面对孔236的开口238。利用该配置，进入开口238的燃料流入进口腔256。多个预旋流入口254位于进口腔256的另一端部。这些预旋流入口254通向在预旋流入口258与预旋流出口260(参见图10)之间延伸的预旋流通道258。预旋流入口258和预旋流出口260可以包括多种特征，例如在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过预旋流通道158获得期望的流动特性。

预旋流通道258限定了纵向轴线，该纵向轴线在既具有轴向分量(即，平行于纵向轴线234)又具有径向分量(例如，垂直于纵向轴线234)的方向上延伸。预旋流通道258的这些纵向轴线也是弯曲的，使得预旋流通道258从进口腔236以锥形螺旋路径延伸到进料环带262，该进料环带262以与上述进料环带262大致相同的方式布置。

在离开预旋流出口260(参见图10)时，燃料然后遇到上述引入的进料环带262。进料环带262径向形成在尖端主体230的内部径向向内面对表面250与设置在旋流器232的旋流室部分248上的径向向外面对表面252之间。由于该配置，如图所示，进料环带在旋流室270的径向外侧。此外，如图所示，进料环带262和旋流室270彼此轴向偏移。

一旦进入进料环带262内，燃料然后流入在旋流室部分248上形成的旋流室入口264(参见图10)。然后，该燃料离开旋流室出口266并进入旋流室270。在旋流室出口266的区域中形成流动环带290。该流动环带290可以经由增材制造来实现。此后，旋流室270可在流动环带的下游机械加工为旋流室270。可替代地，整个旋流室270可以经由增材制造来形成，随后经由机械加工引入流动环带290。

多个机械加工的旋流室通道268在旋流室入口264与旋流室出口266之间延伸。旋流室入口264和旋流室出口266可以包括多种特征，例如，在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过旋流室通道268获得期望的流动特性。尽管示出了两个旋流室通道268，但是可以使用更少或更多的通道。

然后，燃料在旋流室270内旋流并经由孔口240离开尖端220。孔口240可以采取实现期望的锥体形成和液滴分散所需的任何几何形状。在所示的实施例中，燃料恰好在离开孔口240之前遇到直出口部242。在遇到直出口部242之前，燃料在离开旋流室270之后遇到锥形出口部244。因此，旋流室270、锥形出口部244和直出口部可被认为形成尖端220的旋流区域。

与旋流器32、旋流器132的情况一样，旋流器132可以在其外部包括特征，诸如用于容纳密封件的凹槽或用于确保在旋流器232与尖端主体230之间形成充分密封的其他装置。可以使用任何机械方式将旋流器232安装在尖端主体230内。因此，旋流器232被充分地密封并限制在孔236内。

现在转到图12，该图示出了在预旋流通道258延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个预旋流通道258限定了纵向轴线280，该纵向轴线280是弯曲的并且遵循锥形螺旋路径，因此既具有轴向方向分量又具有径向方向分量。如图所示，这些预旋流通道258等距间隔。尽管示出了三个预旋流通道，但是可以使用更少或更多的通道。该锥形螺旋路径允许在燃料进入进料环带262时向燃料的流速引入切向分量。

如上面已经提及的，使用与上述预旋流通道158相同或相似的工艺经由增材制造形成这些预旋流通道258，因此可以实现与上述预旋流通道158相同的配置和优点。

参照图13，该图示出了在旋流室通道268延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个旋流室通道268限定了仅在径向方向上延伸的纵向轴线282，即，该纵向轴线282与既包括径向方向分量又包括轴向方向分量的纵向轴线280不同，其仅包括径向方向分量。利用这种布置，旋流室通道268被布置为与旋流室270大致相切。这些特征允许对通过尖端240的燃料的流速赋予显著的切向分量。

现在转到图14，以分解图的形式示出了根据本文的教导的尖端的另一实施例320。从以下内容将理解，该尖端320具有与上述尖端120和尖端220相同的构造，在该构造中利用了预旋流通道358(参见图11-图13)，该预旋流通道358遵循经由增材制造形成的锥形螺旋路径。该尖端还包括旋流室370，如同尖端220的情况，该旋流室370部分地通过增材制造形成，并且在旋流室出口366(参见图15)的区域中具有流动环带390。尖端320与尖端20、尖端120和尖端120之间的一个显著例外是，尖端320的旋流室通道368(参见图17)是弯曲的而不是直的。旋流室通道368的该弯曲路径经由增材制造来实现。下面描述该尖端320的结构配置的细节。

如图15所示，尖端320包括尖端主体330和旋流器332。旋流器332沿着由尖端主体330限定的轴线334插入尖端主体330的孔336内。旋流器332的进口腔356的开口面对孔336的开口338。利用该配置，进入开口338的燃料流入进口腔356。多个预旋流入口354位于进口腔356的另一端部。这些预旋流入口354通向在预旋流入口354与预旋流出口360(参见图10)之间延伸的预旋流通道358。预旋流入口358和预旋流出口360可以包括多种特征，例如在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过预旋流通道358获得期望的流动特性。

预旋流通道358限定了纵向轴线，该纵向轴线在既具有轴向分量(即，平行于纵向轴线334)又具有径向分量(例如，垂直于纵向轴线334)的方向上延伸。预旋流通道358的这些纵向轴线也是弯曲的，使得预旋流通道358从进口腔336以锥形螺旋路径延伸到进料环带362，该进料环带362以与上述进料环带362大致相同的方式布置。

在离开预旋流出口360(参见图14)时，燃料然后遇到上述引入的进料环带362。进料环带362在径向上形成在尖端主体330的内部径向向内面对表面350与设置在旋流器332的旋流室部分348上的径向向外面对表面352之间。由于该配置，如图所示，进料环带在旋流室370的径向外侧。此外，如图所示，进料环带362和旋流室370彼此轴向偏移。

一旦进入进料环带362内，燃料然后流入在旋流室部分348上形成的旋流室入口364(参见图14)。然后，该燃料离开旋流室出口366并进入旋流室370。在旋流室出口366的区域中形成流动环带390。该流动环带390可以经由增材制造来实现。此后，旋流室370可在流动环带的下游机械加工为旋流室370。可替代地，整个旋流室370可以经由增材制造来形成，随后经由机械加工引入流动环带。

多个旋流室通道368在旋流室入口364与旋流室出口366之间延伸。旋流室入口364和旋流室出口366可以包括多种特征，例如，在区域、硬边缘等中引导的倒角，以通过旋流室通道368获得期望的流动特性。尽管示出了两个旋流室通道368，但是可以使用更少或更多的通道。

然后，燃料在旋流室370内旋流并经由孔口340离开尖端320。孔口340可以采取实现期望的锥体形成和液滴分散所需的任何几何形状。在所示的实施例中，燃料恰好在离开孔口340之前遇到直出口部342。在遇到直出口部342之前，燃料在离开旋流室370之后遇到锥形出口部344。因此，旋流室370、锥形出口部344和直出口部可被认为形成尖端320的旋流区域。

与旋流器32、旋流器132、旋流器232的情况一样，旋流器132可以在其外部包括特征，诸如用于容纳密封件的凹槽或用于确保在旋流器332与尖端主体330之间形成充分密封的其他装置。可以使用任何机械方式将旋流器332安装在尖端主体330内。因此，旋流器332被充分地密封并限制在孔336内。

现在转到图16，该图示出了在预旋流通道358延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个预旋流通道358限定了纵向轴线380，该纵向轴线380是弯曲的并且遵循锥形螺旋路径，因此既具有轴向方向分量又具有径向方向分量。如图所示，这些预旋流通道358等距间隔。尽管示出了三个预旋流通道，但是可以使用更少或更多的通道。该锥形螺旋路径允许在燃料进入进料环带362时向燃料的流速引入切向分量。

如上所述，使用与上述预旋流通道158、预旋流通道258相同或相似的工艺经由增材制造形成这些预旋流通道358，因此可以实现与上述预旋流通道158、预旋流通道258相同的配置和优点。

参照图17，该图示出了在旋流室通道368延伸通过的平面中截取的横截面。如在该视图中可以看到的，每个旋流室通道368限定了仅在径向方向上延伸的纵向轴线382，即，该纵向轴线382与既包括径向方向分量又包括轴向方向分量的纵向轴线380不同，其仅包括径向方向分量。这些特征允许对通过尖端320的燃料的流速赋予显著的切向分量。

图14所示的特定旋流室通道368与上述旋流室通道58、旋流室通道158、旋流室通道258所示的直通道不同，旋流室通道368是弯曲的。与机械加工的旋流室通道58、旋流室通道158、旋流室通道258不同，该几何形状通过经由增材制造形成旋流室通道368来实现。申请人已经发现，这种弯曲的通道允许旋流室370内的流速显著增加。

图18是上述图1-图5的实施例的流量的示意图。部分402示出了通过内腔56的流动。部分404示出了通过预旋流通道58的流动。在该视图中，在部分404处，具有预旋流通道58的径向和轴向两个方向分量的直线路径是显而易见的。部分406代表通过进料环带62的流动，而部分408代表通过旋流室70的流动。

图19是上述图6-图9的实施例的流量的示意图。部分502示出了通过内腔156的流动。部分504示出了通过预旋流通道158的流动。在该视图中，在部分504处，具有预旋流通道158的径向和轴向两个方向分量的锥形螺旋路径是显而易见的。部分506表示通过进料环带162的流动，而部分408表示通过旋流室170的流动。

图20是根据本文的教导的尖端的另一实施例420的分解图。与上述实施例相似，尖端420包括尖端主体430和插入尖端主体430的旋流器432。尖端主体430包括如图所示的孔口440。旋流器432以使得在尖端主体430与旋流器432之间形成进料环带462和旋流室470的这种方式插入尖端主体430。多个预旋流通道458将燃料从进口室456(参见图21)或区域输送到进料环带462中。预旋流通道458以螺旋配置布置。正是这种螺旋配置允许在燃料进入进料环带462时向燃料的流速引入切向分量。

参照图21，燃料然后经由旋流室通道468离开进料环带462并被输送到旋流室470。旋流室通道470也以螺旋配置布置，以在燃料进入旋流室470时保持或增加燃料速度的切向分量。如从图21可以推测的，该燃料然后可以离开孔口440。此外，小孔口427也与进口室456连通，并且还用作燃料出口。

图22是通过预旋流通道458截取的横截面。在该视图中示出了每个流动通道的轴线480的螺旋路径。在图23中示出了相对于旋流室通道468及其各自的螺旋轴线482的类似配置。正如上述实施例的情况一样，尖端420的全部或一部分可以通过增材制造来制造。还应该注意的是，尽管通道458、通道468被示为开槽的通道，但是它们也可以形成为具有各种横截面几何形状的完全封闭的通道。实际上，增材制造的使用允许各种流动通道几何形状的可能性。

本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均通过引用结合于此，如同每个参考文献被单独且特别地指示通过引用结合于此并在本文中完整阐述一样。

在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)，术语“一”(“a”)和“一个”(“an”)和“该”(“the”)以及类似指代物的使用应被解释为覆盖单复数形式，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即，表示“包括，但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的各个单独数值的简写方法，并且每个单独数值被结合到说明书中，如同其在本文中被单独提及一样。本文中描述的所有方法可以按照任何合适的顺序执行，除非本文中另有说明或者上下文明显矛盾。本文中提供的任一和所有示例、或者示例性用语(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围进行限制，除非另有说明。说明书中的任何用语都不应被解释为表示任何未要求保护的元件对于本发明的实施是必不可少的。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人知晓的用于实施本发明的最佳模式。通过阅读前面的描述，这些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。发明人期望本领域技术人员适当地采用这些变型，并且发明人意指以不同于这里具体描述的方式来实施本发明。因此，本发明包括适用法律允许的、所附权利要求中所述主题的所有修改及等同物。此外，除非本文中另有说明或者与上下文明显矛盾，否则本发明包括上述元件在其所有可能变化中的任何组合。

Claims (14)

1.一种用于燃料喷射器的喷嘴的尖端，所述尖端包括：

尖端主体，所述尖端主体限定所述尖端的纵向轴线；

旋流器，其位于所述尖端主体内，其中，所述旋流器包括多个预旋流通道，其中，所述多个预旋流通道中的每个预旋流通道具有相对于所述尖端的所述纵向轴线既在径向方向又在轴向方向上延伸的纵向轴线；

进料环带，所述进料环带接收来自所述多个预旋流通道的燃料流，其中，所述多个预旋流通道被配置和布置为使得进入所述进料环带的所述燃料流的流速具有切向分量；

其中，所述旋流器包括多个旋流室通道，所述多个旋流室通道接收来自所述进料环带的所述燃料流，其中，所述多个旋流室通道中的每个旋流室通道包括相对于所述尖端的所述纵向轴线仅在所述径向方向上延伸的纵向轴线；

其中，所述旋流器包括旋流室，所述旋流室经由所述旋流室通道接收来自所述进料环带的所述燃料流，在所述旋流室通道所述燃料在离开所述尖端主体的孔口之前旋流；

其中，所述多个旋流室通道中的每个旋流室通道的所述纵向轴线是弯曲的；并且

其中，所述进料环带相对于所述尖端的纵向轴线位于所述旋流室的径向外侧。

2.根据权利要求1所述的尖端，其中，所述进料环带形成在所述尖端主

体的内部径向面对表面与所述旋流器的外部径向面对表面之间。

3.根据权利要求1所述的尖端，其中，所述多个预旋流通道中的每个预旋流通道的所述纵向轴线沿着锥形螺旋路径延伸。

4.根据权利要求1所述的尖端，其中，所述多个预旋流通道中的每个预旋流通道的所述纵向轴线沿着直线路径延伸。

5.根据权利要求1所述的尖端，其中，所述旋流器的至少一部分通过增材制造形成。

6.一种用于燃料喷射器的喷嘴的尖端，所述尖端包括：

尖端主体；

包含在所述尖端主体内的旋流器，其中，所述旋流器包括用于接收进入所述尖端主体的燃料流的进口腔；

进料环带，其与所述进口腔流体连通并且相对于通过所述尖端的燃料流的方向位于所述进口腔的下游；

旋流室，其与所述进料环带流体连通并且相对于通过所述尖端的燃料流的方向位于所述进料环带的下游；

其中，所述进料环带形成在所述尖端主体的内部径向面对表面与所述旋流器的外部径向面对表面之间；

其中，所述进料环带相对于所述尖端的纵向轴线位于所述旋流室的径向外侧；

其中，所述进料环带和旋流室经由多个旋流室通道流体连通，其中，所述多个旋流室通道中的每个旋流室通道包括相对于由所述尖端限定的纵向轴线仅在径向方向上延伸的纵向轴线；并且

其中，所述多个旋流室通道中的每个旋流室通道的所述纵向轴线沿着弯曲路径延伸。

7.根据权利要求6所述的尖端，其中，所述进口腔和进料环带经由多个预旋流通道流体连通，其中，所述多个预旋流通道中的每个预旋流通道具有相对于由所述尖端限定的纵向轴线既在径向方向又在轴向方向上延伸的纵向轴线。

8.根据权利要求7 所述的尖端，其中，所述多个预旋流通道中的每个预旋流通道的所述纵向轴线沿着锥形螺旋路径或直线路径中的一种延伸。

9.根据权利要求7所述的尖端，其中，所述多个预旋流通道被配置和布置为使得进入所述进料环带的所述燃料流的流速具有切向分量。

10.一种形成用于燃料喷射器的喷嘴的尖端的方法，所述方法包括：

提供旋流器；

提供尖端主体；

将所述旋流器插入所述尖端主体的通道中，所述旋流器具有多个预旋流通道和多个旋流室通道，其中，所述多个旋流室通道中的每个旋流室通道的纵向轴线是弯曲的；

将所述旋流器固定在尖端主体的所述通道内，使得在所述尖端主体的径向内部面对表面与所述旋流器的径向外部面对表面之间形成进料环带，以使所述多个预旋流通道与所述多个旋流室通道流体连通。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述提供旋流器的步骤包括：通过增材制造来制造所述旋流器的至少一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通过增材制造来制造所述旋流器的至少一部分的步骤包括：通过增材制造来形成所述预旋流通道。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述通过增材制造来形成所述预旋流通道的步骤包括：形成所述预旋流通道，使得所述预旋流通道中的每个预旋流通道包括沿着锥形螺旋路径或直线路径中的一种移动的纵向轴线。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述通过增材制造来制造所述旋流器的至少一部分的步骤包括：通过增材制造来形成所述旋流室通道。

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