CN113294245A - 小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统 - Google Patents

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王姗姗
王伟韬
张伟
从炳雨
潘庆伟
郭海龙
杨宇超
兰佳哲
丁浩
肖玉坤
仲光晨
程健
于金铭
杜涛
杨晓洁
曹浩波
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Abstract

本发明涉及一种小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统，其中，点火方法包括如下步骤：(1)电火花点火器供电开启高频打火；(2)小型涡喷发动机的转子开始转动，并形成稳定气流；(3)飞机油箱中的燃油经油泵输送至点火系统中的燃油雾化喷嘴，再由燃油雾化喷嘴雾化喷出；(4)电火花点火器将雾化后的燃油点燃，以形成稳定火焰，预热小型涡喷发动机的燃烧室。本发明小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统具有操作简单、安全性强、点火效率高且稳定，能避免损伤发动机部件等特点。

Description

小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统
技术领域
本发明属于发动机点火技术领域，尤其涉及一种小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统。
背景技术
随着航空产业链的不断发展，人们对航空发动机性能的要求越来越高,发动机的稳定性至关重要。
目前，小型涡喷发动机的点火方式主要采用热火头点燃点火油的方法进行，但该方法存在存在如下缺陷：(1)由于必须使点火油流经热火头表面，未经预加热的燃油直接接触高温热火头极易导致点火头遇冷破裂，碎片通过燃烧室进入涡轮部件，极易损伤涡轮叶片及内机匣；(2)形成的火焰较小，点燃主油的难度较大；(3)此种点火方式还需使用一路优先油，且点火系统复杂。
因此，如何开发出一种操作简单、点火效率高且稳定，同时能避免损伤发动机部件的点火方法及点火系统是本领域技术人员亟待解决的课题。
发明内容
针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统，具有操作简单、安全性强、点火效率高且稳定，能避免损伤发动机部件等特点，能够解决现有点火方法存在的火焰较小且不稳定、因高温热火头破碎而造成的发动机零部件损伤等的技术问题。
本发明提供一种小型涡喷发动机的点火方法，包括如下步骤：
电火花点火器供电开启高频打火；
小型涡喷发动机的转子开始转动，并形成稳定气流；
飞机油箱中的燃油经油泵输送至点火系统中的燃油雾化喷嘴，再由燃油雾化喷嘴雾化喷出；
电火花点火器将雾化后的燃油点燃，以形成稳定火焰，预热所述小型涡喷发动机的燃烧室。
在其中一些实施例中，在对电火花点火器进行供电开启高频打火前，还包括电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置匹配步骤。
在其中一些实施例中，电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置匹配步骤，具体为：
以燃油雾化喷嘴的位置为坐标原点，建立坐标系，定义X、Y、Z轴；
在燃油雾化喷嘴的周向或轴向位置放置电火花点火器，并记录其坐标X1、Y1、Z1；
将电火花点火器的坐标X1、Y1、Z1代入下述圆锥雾化区表面方程式中：
Figure BDA0003151882230000021
式中：X、Y、Z分别为电火花点火器的X1、Y1、Z1坐标，α为喷嘴雾化角；
电火花点火器的位置满足式I时，电火花点火器的放电端位于燃油雾化喷嘴的雾化区表面，能够成功点火。
在其中一些实施例中，电火花点火器与雾化区表面的轴向距离不小于5mm，且不大于15mm。
在其中一些实施例中，电火花点火器径向深入燃烧室的深度不超过5mm，径向深入雾化区表面的距离不超过2mm。
在其中一些实施例中，油泵的抽油压力为0.3-0.5Mpa。
在其中一些实施例中，电火花点火器的打火频率为5-10次/每秒。
在其中一些实施例中，雾化后的燃油燃油平均直径为50-70smd。
在其中一些实施例中，燃油雾化喷嘴为优先喷嘴。
本发明还提出一种用于执行上述任一优选实施例所述的小型涡喷发动机的点火方法的点火系统，包括：
燃油雾化喷嘴，用于将燃油雾化喷出，
电火花点火器，设置于燃油雾化喷嘴的周向或轴向位置处，及
电源，与电火花点火器电连接，用于为所述电火花点火器供电。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明提出的小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统，将电火花点火器应用于小型涡喷发动机的点火过程中，通过与燃油雾化喷嘴相互配合使用，点火效率更高更稳定，能够在更短的时间内点燃燃油，有利于发动机快速启动；
2、本发明提出的小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统，使用的电火花点火器安全性更高、不会发生破裂，也不会对发动机的涡轮叶片及内机匣等核心机构造成损伤；
3、本发明提出的小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统，燃油流经燃油雾化喷嘴能够形成较大的燃油雾化区，点燃后能够充分预热发动机燃烧室，有利于发动机更快的达到慢车转速；
4、本发明提出的小型涡喷发动机的点火方法，该方法通过合理匹配电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置，可在保证点火效率的同时，有效避免雾化喷嘴积碳结焦；
5、本发明提出的小型涡喷发动机的点火系统，该系统包括燃油雾化喷嘴、电火花点火器等部件，该点火系统与常规点火系统相比结构更为简单、点火效率更高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所提供的小型涡喷发动机点火管路的连接示意图；
图2为本发明实施例所提供的小型涡喷发动机点火系统的工作原理图；
图3为本发明实施例所提供的小型涡喷发动机上电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置匹配关系示意图。
以上各图中：
1、电火花点火器；2、燃油雾化喷嘴；3、雾化区表面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1所示，在本发明小型涡喷发动机的点火方法的一个示意性实施例中，该点火方法包括如下步骤：
S1、电火花点火器1供电开启高频打火；
S2、小型涡喷发动机的转子开始转动，并形成稳定气流；
S3、飞机油箱中的燃油经油泵输送至点火系统中的燃油雾化喷嘴2，再由燃油雾化喷嘴2雾化喷出；
S4、电火花点火器1将雾化后的燃油点燃，以形成稳定火焰，预热小型涡喷发动机的燃烧室。
在上述示意性实施例中，该点火方法将电火花点火器1应用于小型涡喷发动机的点火过程中，通过与燃油雾化喷嘴2相互配合使用，点火效率更高更稳定，能够在更短的时间内点燃燃油，有利于发动机快速启动。
在其中一些实施例中，在对电火花点火器1进行供电开启高频打火前，还包括电火花点火器1与燃油雾化喷嘴2的位置匹配步骤。
在上述实施例中，通过合理匹配电火花点火器1与燃油雾化喷嘴2的位置，能够在进一步提升点火效率的同时，有效避免雾化喷嘴2积碳结焦。
在其中一些实施例中，电火花点火器1与燃油雾化喷嘴2的位置匹配步骤，具体为：
以燃油雾化喷嘴2的位置为坐标原点，建立坐标系，定义X、Y、Z轴；
在燃油雾化喷嘴2的周向或轴向位置放置电火花点火器1，并记录其坐标X1、Y1、Z1；
将电火花点火器1的坐标X1、Y1、Z1代入下述圆锥雾化区表面方程式中：
Figure BDA0003151882230000051
式中：X、Y、Z分别为电火花点火器1的X1、Y1、Z1坐标，α为喷嘴雾化角；
电火花点火器1的位置满足式I时，电火花点火器1的放电端位于燃油雾化喷嘴2的雾化区表面3，能够成功点火。
在上述实施例中提供了一种电火花点火器1与燃油雾化喷嘴2的位置匹配方法，电火花点火器1与燃油雾化喷嘴2的位置匹配方式分为周向匹配和轴向匹配两种，其匹配关系示意图如图3所示。
进一步地，在该匹配方法中提出了一种圆锥雾化区表面方程式，电火花点火器1的位置关系分为以下三种情况，具体为：
(1)当将电火花点火器1的位置代入上述方程式，并且满足式I时(如图3-A所示)，即：
Figure BDA0003151882230000061
表明电火花点火器1的放电端位于燃油雾化喷嘴2的雾化区表面3，能够成功点火；
(2)当将电火花点火器1的位置代入上述方程式，并且满足式II时(如图3-B所示)，即：
Figure BDA0003151882230000062
表明电火花点火器1的放电端位于燃油雾化喷嘴2的雾化区表面3，能够成功点火，但由于电火花点火器1的位置过于深入雾化区表面3，虽然能成功点火，但容易结焦积碳；
(3)当将电火花点火器1的位置代入上述方程式，并且满足式III时(如图3-C所示)，即：
Figure BDA0003151882230000063
表明电火花点火器1的放电端处于燃油雾化喷嘴2的雾化区表面3之外，无法成功点火，
在其中一些实施例中，电火花点火器1与雾化区表面3的轴向距离不小于5mm，且不大于15mm，电火花点火器1径向深入燃烧室的深度不超过5mm，径向深入雾化区表面3的距离不超过2mm。
在上述实施例中，为了在保证点火效率的同时，避免因距离太近导致喷嘴结焦积碳或点火效率低等的问题，对电火花点火器1与雾化区表面3的轴向距离、深入燃烧室和雾化区表面3的径向距离均进行了限定，在当电火花点火器1的位置满足上述要求时，能够保证点火效率且稳定，而且避免装置过烧形成积碳，从而缩短设备寿命。
在其中一些实施例中，油泵的抽油压力为0.3-0.5Mpa。
在上述实施例中，还对油泵的抽油功率进行了限定，目的是为了保证燃油雾化喷嘴2的雾化效果，其中，抽油功率具体可选取0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa或上述限定范围内的任一数值均落在本发明的保护范围之内。
在其中一些实施例中，电火花点火器1的打火频率为5-10次/每秒。
在其中一些实施例中，雾化后的燃油平均直径为50-70smd。
在其中一些实施例中，燃油雾化喷嘴2为优先喷嘴。
基于上述的小型涡喷发动机的点火方法，本发明还提供一种用于执行上述任一项实施例所述小型涡喷发动机的点火方法的点火系统，该点火系统包括：
燃油雾化喷嘴2，用于将燃油雾化喷出，
电火花点火器1，设置于燃油雾化喷嘴2的周向或轴向位置处，及
电源，与电火花点火器1电连接，用于为电火花点火器1供电。
在上述技术方案中，提出了一种用于执行小型涡喷发动机的点火方法的点火系统，该点火系统包括：燃油雾化喷嘴2、电火花点火器1和电源等部件，该点火系统与常规点火系统相比结构更为简单、点火效率更高。
下面结合附图1-3对本发明小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统的一个实施例的工作过程进行说明：
(1)以燃油雾化喷嘴1的位置为坐标原点，建立坐标系，定义X、Y、Z轴，在燃油雾化喷嘴2的周向或轴向位置放置电火花点火器1，并记录其坐标X1、Y1、Z1，将其坐标代入圆锥雾化区表面方程式中：
Figure BDA0003151882230000081
式中：X、Y、Z分别为电火花点火器1的X1、Y1、Z1坐标，α为喷嘴雾化角；
要求电火花点火器1的位置满足上述公式，即完成电火花点火器1与燃油雾化喷嘴2的位置匹配；
(2)电火花点火器1供电开启高频打火；
(3)小型涡喷发动机的转子开始转动，并形成稳定气流；
(4)飞机油箱中的燃油经油泵输送至点火系统中的燃油雾化喷嘴2，再由燃油雾化喷嘴2雾化喷出；
(5)电火花点火器1将雾化后的燃油点燃，以形成稳定火焰，预热所述小型涡喷发动机的燃烧室；
通过对本发明小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统的多个实施例的说明，可以看到本发明小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统实施例至少具有以下一种或多种优点：
1、点火效率高且稳定。本发明提出的小型涡喷发动机的点火方法及其点火系统，将电火花点火器应用于小型涡喷发动机的点火过程中，通过与燃油雾化喷嘴相互配合使用，点火效率更高更稳定，能够在更短的时间内点燃燃油，有利于发动机快速启动；同时，本发明通过合理匹配电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置，可在保证点火效率的同时，有效避免雾化喷嘴积碳结焦。
最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，包括如下步骤：
电火花点火器供电开启高频打火；
所述小型涡喷发动机的转子开始转动，并形成稳定气流；
飞机油箱中的燃油经油泵输送至点火系统中的燃油雾化喷嘴，再由燃油雾化喷嘴雾化喷出；
所述电火花点火器将雾化后的燃油点燃，以形成稳定火焰，预热所述小型涡喷发动机的燃烧室。
2.根据权利要求1所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，在对所述电火花点火器进行供电开启高频打火前，还包括所述电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置匹配步骤。
3.根据权利要求2所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述电火花点火器与燃油雾化喷嘴的位置匹配步骤，具体为：
以所述燃油雾化喷嘴的位置为坐标原点，建立坐标系，定义X、Y、Z轴；
在所述燃油雾化喷嘴的周向或轴向位置放置电火花点火器，并记录其坐标X1、Y1、Z1；
将所述电火花点火器的坐标X1、Y1、Z1代入下述圆锥雾化区表面方程式中：
Figure FDA0003151882220000011
式中：X、Y、Z分别为电火花点火器的X1、Y1、Z1坐标，α为喷嘴雾化角；
所述电火花点火器的位置满足式I时，电火花点火器的放电端位于所述燃油雾化喷嘴的雾化区表面，能够成功点火。
4.根据权利要求3所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述电火花点火器与雾化区表面的轴向距离不小于5mm，且不大于15mm。
5.根据权利要求3所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述电火花点火器径向深入燃烧室的深度不超过5mm，径向深入雾化区表面的距离不超过2mm。
6.根据权利要求1所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述油泵的抽油压力为0.3-0.5Mpa。
7.根据权利要求1所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述电火花点火器的打火频率为5-10次/每秒。
8.根据权利要求1所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述雾化后的燃油平均直径为50-70smd。
9.根据权利要求1所述的小型涡喷发动机的点火方法，其特征在于，所述燃油雾化喷嘴为优先喷嘴。
10.用于执行权利要求1-9中任一项所述的小型涡喷发动机的点火方法的点火系统，其特征在于，包括：
燃油雾化喷嘴，用于将燃油雾化喷出，
电火花点火器，设置于所述燃油雾化喷嘴的周向或轴向位置处，及
电源，与所述电火花点火器电连接，用于为所述电火花点火器供电。
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