CN114623467B - 一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，包括火焰筒、前端板以及涡轮导向器，前端板连接于火焰筒的一端，涡轮导向器连接于火焰筒的另一端，火焰筒包括外筒与内筒，内筒与外筒之间组成燃烧空间，外筒为由多个第一波瓣闭合连接组成的筒形结构，内筒为多个第二波瓣闭合组成的筒形结构；前端板为环形结构，且前端板的外周与外筒连接，前端板的内周与内筒连接；涡轮导向器的一侧设置有蒸发管进孔板与加强冷却孔板，加强冷却孔板位于蒸发管进孔板的内侧，蒸发管进孔板与外筒连接，加强冷却孔板与内筒连接。在发动机外壳直径给定的情况下，提高了燃烧空间截面积，降低气流流速，增加了燃气在燃烧空间内的滞留时间，提高了燃烧效率。

Description

一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构

技术领域

本发明涉及发动机火焰筒领域，更具体的，涉及一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构。

背景技术

微小型涡喷发动机火焰筒设计是微小型涡喷发动机设计的关键，设计者设计时往往追求尺寸小，重量轻，结构简单，效率高，这就要求油气混合物能够在较小，较简单的空间内快速充分混合燃烧，气流在燃烧室内流动损失小。现有技术中微小型涡喷发动机火焰筒绝大多数采用环形直流结构，即内外筒同心环流。但是在发动机外壳直径确定的情况下，环流截面积不宜过大或过小，环流截面过大，发动机外壳和火焰筒外筒之间、火焰筒内筒和轴套之间环形截面积减小，此部分区域流速增加，导致火焰筒内外筒壁孔静压减小，环流截面积过大，进入火焰筒的气流穿透力下降，不利于油气掺混。环流截面过小，油气混合空间小，燃气滞留时间短，导致燃烧效率低下，不利于发动机性能提高。

发明内容

为了克服现有技术中燃气在火焰筒内滞留时间短、掺混均匀性差且燃烧效率低的缺陷，本发明提出了一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其能够提升燃气在火焰筒内的滞留时间，提升燃烧效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出了一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，包括火焰筒、前端板以及涡轮导向器，前端板连接于火焰筒的一端，涡轮导向器连接于火焰筒的另一端，火焰筒包括外筒与内筒，内筒设置于外筒内部，内筒与外筒之间组成燃烧空间，外筒为由多个第一波瓣闭合连接组成的筒形结构，内筒为多个第二波瓣闭合组成的筒形结构；前端板为环形结构，且前端板的外周与外筒连接，前端板的内周与内筒连接；涡轮导向器的一侧设置有蒸发管进孔板与加强冷却孔板，加强冷却孔板位于蒸发管进孔板的内侧，蒸发管进孔板与外筒连接，加强冷却孔板与内筒连接。

在本发明较佳的技术方案中，所述外筒上从靠近所述前端板的一侧至靠近所述涡轮导向器的一侧依次开设有第一掺混冷却孔、第一主燃孔、第一次燃孔以及第二掺混冷却孔，所述内筒上从靠近前端板的一侧至靠近涡轮导向器的一侧依次开设有第三掺混冷却孔、第二主燃孔以及第二次燃孔。

在本发明较佳的技术方案中，所述前端板的外周上设置有与所述外筒的第一波瓣相适配的第三波瓣，前端板的内周上设置有与所述内筒的第二波瓣相适配的第四波瓣，第三波瓣的波峰与第四波瓣的波峰一一对应，前端板上开设有多个进油管孔，进油管孔与第三波瓣的波峰一一对应。

在本发明较佳的技术方案中，所述蒸发管进孔板的外周设置有与所述外筒的第一波瓣相适配的第五波瓣，蒸发管进孔板上设置有多个蒸发管孔，蒸发管孔与第五波瓣一一对应；所述加强冷却孔板的内周设置有与所述内筒的第二波瓣相适配的第六波瓣，加强冷却孔板上开设有多个加强冷却孔，加强冷却孔的数量为第六波瓣的两倍。

在本发明较佳的技术方案中，所述蒸发管进孔板与所述加强冷却孔板之间设置有多个导流叶片。

在本发明较佳的技术方案中，所述第一波瓣的波峰直径大于所述第二波瓣的波峰直径，所述第一波瓣的波谷直径大于所述第二波瓣的波谷直径。

在本发明较佳的技术方案中，多个第一掺混冷却孔沿着所述外筒周向多排不规则设置，多个第一主燃孔沿着外筒周向单排设置，多个第一次燃孔沿外筒周向单排设置，多个第二掺混冷却孔沿外筒周向单排设置；且第一主燃孔的周向位置与第一次燃孔的周向位置一一对应，第一主燃孔的周向位置与第二掺混冷却孔的周向位置间隔错开。

在本发明较佳的技术方案中，多个第三掺混冷却孔沿着所述内筒轴向单排设置，多个第二主燃孔沿着内筒轴向设置成3排，多个第三掺混冷却孔沿着内筒轴向设置成两排。

在本发明较佳的技术方案中，所述第二主燃孔到所述前端板的距离小于所述第一主燃孔到前端板的距离。

在本发明较佳的技术方案中，最靠近所述涡轮导向器一侧的一排所述第二主燃孔与所述第一主燃孔相对应。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，在发动机外壳直径给定的情况下，提高了燃烧空间截面积，降低气流流速，增加了燃气在燃烧空间内的滞留时间，提高了燃烧效率。在进气量相同，火焰筒长度相同的情况下，相比于传统圆筒形火焰筒结构，外筒最大直径减小，在一定程度上，降低了发动机火焰筒外廓尺寸。在进气量相同，火焰筒最大直径相同的情况下，相比于传统圆筒形火焰筒结构，在保证燃烧效率的情况下，火焰筒长度减小。在火焰筒最大直径、长度相同的情况下，相比于传统圆筒形火焰筒结构，进气量显著提高。加强冷却孔板沿周向设置有多个加强冷却孔，其方向与进气方向垂直，在增强油气掺混均匀性的同时，进一步加强内壁冷却，降低燃气温度，提高部件寿命。由于褶曲结构的诱导，可在燃烧空间形成大尺度的无粘二次环流并发展成流向涡，进一步强化进气与主流燃气的掺混效果，增加燃气停留时间，进一步提高燃烧效率和发动机性能。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构安装到发动机时的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构的立体示意图；

图3是图2的侧面剖视结构示意图；

图4是图2中外筒的结构示意图；

图5是图2中内筒的结构示意图；

图6是图2中前端板的结构示意图；

图7是图2中涡轮导向器的结构示意图；

图8是图7的侧面剖视结构示意图。

图中：

1-外筒，11-第一波瓣，12-第一掺混冷却孔，13-第一主燃孔，14-第一次燃孔，15-第二掺混冷却孔，2内筒，21-第二波瓣，22-第三掺混冷却孔，23-第二主燃孔，24-第二次燃孔，3-前端板，31-第三波瓣，32-第四波瓣，33-进油管孔，4-涡轮导向器，41-蒸发管进孔板，42-加强冷却孔板，43-第五波瓣，44-蒸发管进孔，45-加强冷却孔，46-第六波瓣，47-导流叶片。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-8所示，本实施例中提供了一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，包括火焰筒、前端板3以及涡轮导向器4，前端板3连接于火焰筒的一端，涡轮导向器4连接于火焰筒的另一端，火焰筒包括外筒1与内筒2，内筒2设置于外筒1内部，内筒2与外筒1之间组成燃烧空间，外筒1为由多个第一波瓣11闭合连接组成的筒形结构，内筒2为多个第二波瓣21闭合组成的筒形结构；前端板3为环形结构，且前端板3的外周与外筒1连接，前端板3的内周与内筒2连接；涡轮导向器4的一侧设置有蒸发管进孔板41与加强冷却孔板42，加强冷却孔板42位于蒸发管进孔板41的内侧，蒸发管进孔板41与外筒1连接，加强冷却孔板42与内筒2连接。

火焰筒设置在发动机的核心位置，火焰筒的上游安装有叶轮和扩压器，下游紧接着涡轮和喷管，涡轮导向器4的蒸发管进孔板41上设置有蒸发管，并且蒸发管延伸至燃烧空间内，进油管通过前端板3沿着气流方向深入到燃烧空间的蒸发管内，燃油顺着进油管进入到蒸发管内继而雾化喷出。喷出的雾化燃油与通过蒸发管进入的空气预混后射流喷入到燃烧空间内，混合雾化燃油的空气和通过各个进气孔进入的空气进行二次掺混并且燃烧，燃烧后的燃气经过涡轮导向器4后向下游发展。外筒1上设置的第一波瓣11数量以及波峰的位置均与内筒2上的第二波瓣21一致，通过这样的设置提升了燃烧空间的面积，降低了气流流速，使雾化燃油和空气在燃烧空间的滞留时间延长，提高了燃烧的效率。同时内外筒的波瓣型结构能够对气流进行诱导，在燃烧空间内形成大尺度的无粘二次环流并且发展成流向涡，进一步强化进气与燃气的掺混效果，进一步提高燃烧效率进而提升发动机的性能。本实施例中外筒1上的第一波瓣11以及内筒2上的第二波瓣21均为16瓣结构，第一波瓣11的波峰与第二波瓣21的波峰相对，第一波瓣11的波谷与第二波瓣21的波谷相对，其中第一波瓣11的波峰直径为Φ112mm，波谷直径为Φ100mm，第二波瓣21的波峰直径为Φ50mm，波谷直径为Φ46mm。

波瓣型火焰筒结构，打破了传统用于微小型涡喷发动机圆筒形燃烧室结构的局限性，创新性地引入具有诱发流向阵列漩涡特征的波瓣褶曲结构，在燃烧空间内形成大尺度无粘二次环流并发展成流向涡，同时在燃烧空间内生成相对低压区。流向涡可以加强主流燃气和新进入气流之间的混合，相对低压区同样使这两股流体发生对流型的强化混合，再次提高了混合效率，增强了燃气停留时间。在上述两者的共同作用下，火焰筒燃烧效率大大提高，流动损失小，对发动机整体性能的提升有显著的促进作用。

进一步地，外筒1上设置有多排交叉排列的进气孔，分别是在外筒1上从靠近前端板3的一侧至靠近涡轮导向器4的一侧依次开设的第一掺混冷却孔12、第一主燃孔13、第一次燃孔14以及第二掺混冷却孔15，内筒2上从靠近前端板3的一侧至靠近涡轮导向器4的一侧依次开设有第三掺混冷却孔22、第二主燃孔23以及第二次燃孔24。本实施例中第一掺混冷却孔12、第一主燃孔13、第一次燃孔14以及第二掺混冷却孔15的孔径依次增加，依次为Φ1.5mm-Φ3mm、Φ6mm、Φ8mm、Φ10mm。第三掺混冷却孔22、第二主燃孔23以及第

二次燃孔24的孔径依次增加，依次为Φ3mm、Φ5mm、Φ4mm-Φ6mm。

进一步地，前端板3的外周上设置有与外筒1的第一波瓣11相适配的第三波瓣31，前端板3的内周上设置有与内筒2的第二波瓣21相适配的第四波瓣32，第三波瓣31的波峰与第四波瓣32的波峰一一对应，前端板3上开设有多个进油管孔33，进油管孔33与第三波瓣31的波峰一一对应。前端板3上的第三波瓣31的数量、波峰直径以及波谷直径均与外筒1上第一波瓣11一致，前端板3上的第四波瓣32的数量、波峰直径以及波谷直径均与内筒2上第二波瓣21一致，因此前端板3能够紧密地焊接外筒1与内筒2的一端，将燃烧空间的一端封住，前端板3上的进油管孔33与第三波瓣31的数量相同，使得进油管孔33能够沿着前端板3均匀分布，进油管通过进油管孔33进入到燃烧空间内。

进一步地，蒸发管进孔板41的外周设置有与外筒1的第一波瓣11相适配的第五波瓣43，蒸发管进孔板41上设置有多个蒸发管孔，蒸发管孔与第五波瓣43一一对应；加强冷却孔板42的内周设置有与内筒2的第二波瓣21相适配的第六波瓣46，加强冷却孔板42上开设有多个加强冷却孔45，加强冷却孔45的数量为第六波瓣46的两倍。蒸发管进孔板41与加强冷却孔板42可以采用一体加工方式也可以采用分开加工再焊接的方式连接到涡轮导向器4上。蒸发管进孔板41上的第五波瓣43的数量、波峰直径以及波谷直径均与外筒1上的第一波瓣11一致，方便蒸发管进孔板41与外筒1进行配合安装，蒸发管孔设置在第五波瓣43的的波峰上，同时蒸发管孔采用斜孔设计，其倾角为8°～10°，加强冷却孔板42上的第六波瓣46的数量、波峰直径以及波谷直径均与内筒2上第二波瓣21一致，方便加强冷却孔板42与内筒2安装连接，加强冷却孔板42上对应第六波瓣46的波峰与波谷处均设置有加强冷却孔45，加强冷却孔45气流流入方向与内筒2进气方向垂直，使得径向气流在横向气流的冲击下，掺混均匀性提高，降低燃气的温度，提高各个部件的寿命。

进一步地，蒸发管进孔板41与加强冷却孔板42之间设置有多个导流叶片47。导流叶片47的数量不少于20个，优选地，导流叶片47的数量为22～26片。

进一步地，第一波瓣11的波峰直径大于第二波瓣21的波峰直径，第一波瓣11的波谷直径大于第二波瓣21的波谷直径。使外筒1的进气量大于内筒2的进气量。

进一步地，多个第一掺混冷却孔12沿着外筒1周向多排不规则设置，多个第一主燃孔13沿着外筒1周向单排设置，多个第一次燃孔14沿外筒1周向单排设置，多个第二掺混冷却孔15沿外筒1周向单排设置；且第一主燃孔13的周向位置与第一次燃孔14的周向位置一一对应，第一主燃孔13的周向位置与第二掺混冷却孔15的周向位置间隔错开。

进一步地，多个第三掺混冷却孔22沿着内筒2轴向单排设置，多个第二主燃孔23沿着内筒2轴向设置成3排，多个第三掺混冷却孔22沿着内筒2轴向设置成两排。

进一步地，第二主燃孔23到前端板3的距离小于第一主燃孔13到前端板3的距离。

进一步地，最靠近涡轮导向器4一侧的一排第二主燃孔23与第一主燃孔13相对应。

本实施例的其它技术采用现有技术。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，包括火焰筒、前端板（3）以及涡轮导向器（4），前端板（3）连接于火焰筒的一端，涡轮导向器（4）连接于火焰筒的另一端，火焰筒包括外筒（1）与内筒（2），内筒（2）设置于外筒（1）内部，内筒（2）与外筒（1）之间组成燃烧空间，其特征在于：

外筒（1）为由多个第一波瓣（11）闭合连接组成的筒形结构，内筒（2）为多个第二波瓣（21）闭合组成的筒形结构；

前端板（3）为环形结构，且前端板（3）的外周与外筒（1）连接，前端板（3）的内周与内筒（2）连接；

涡轮导向器（4）的一侧设置有蒸发管进孔板（41）与加强冷却孔板（42），加强冷却孔板（42）位于蒸发管进孔板（41）的内侧，蒸发管进孔板（41）与外筒（1）连接，加强冷却孔板（42）与内筒（2）连接；

所述前端板（3）的外周上设置有与所述外筒（1）的第一波瓣（11）相适配的第三波瓣（31），前端板（3）的内周上设置有与所述内筒（2）的第二波瓣（21）相适配的第四波瓣（32），第三波瓣（31）的波峰与第四波瓣（32）的波峰一一对应，前端板（3）上开设有多个进油管孔（33），进油管孔（33）与第三波瓣（31）的波峰一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

所述外筒（1）上从靠近所述前端板（3）的一侧至靠近所述涡轮导向器（4）的一侧依次开设有第一掺混冷却孔（12）、第一主燃孔（13）、第一次燃孔（14）以及第二掺混冷却孔（15），

所述内筒（2）上从靠近前端板（3）的一侧至靠近涡轮导向器（4）的一侧依次开设有第三掺混冷却孔（22）、第二主燃孔（23）以及第二次燃孔（24）。

3.根据权利要求1所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

所述蒸发管进孔板（41）的外周设置有与所述外筒（1）的第一波瓣（11）相适配的第五波瓣（43），蒸发管进孔板（41）上设置有多个蒸发管孔，蒸发管孔与第五波瓣（43）的波峰一一对应；

所述加强冷却孔板（42）的内周设置有与所述内筒（2）的第二波瓣（21）相适配的第六波瓣（46），加强冷却孔板（42）上开设有多个加强冷却孔（45），加强冷却孔（45）的数量为第六波瓣（46）的两倍。

4.根据权利要求1所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

所述蒸发管进孔板（41）与所述加强冷却孔板（42）之间设置有多个导流叶片（47）。

5.根据权利要求1所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

所述第一波瓣（11）的波峰直径大于所述第二波瓣（21）的波峰直径，所述第一波瓣（11）的波谷直径大于所述第二波瓣（21）的波谷直径。

6.根据权利要求2所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

多个第一掺混冷却孔（12）沿着所述外筒（1）周向多排不规则设置，多个第一主燃孔（13）沿着外筒（1）周向单排设置，多个第一次燃孔（14）沿外筒（1）周向单排设置，多个第二掺混冷却孔（15）沿外筒（1）周向单排设置；

且第一主燃孔（13）的周向位置与第一次燃孔（14）的周向位置一一对应，第一主燃孔（13）的周向位置与第二掺混冷却孔（15）的周向位置间隔错开。

7.根据权利要求2所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

多个第三掺混冷却孔（22）沿着所述内筒（2）轴向单排设置，多个第二主燃孔（23）沿着内筒（2）轴向设置成3排，多个第三掺混冷却孔（22）沿着内筒（2）轴向设置成两排。

8.根据权利要求2所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

所述第二主燃孔（23）到所述前端板（3）的距离小于所述第一主燃孔（13）到前端板（3）的距离。

9.根据权利要求7所述的一种微小型涡喷发动机波瓣型火焰筒结构，其特征在于：

最靠近所述涡轮导向器（4）一侧的一排所述第二主燃孔（23）与所述第一主燃孔（13）相对应。

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