CN115307179B - 一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，包括：外壳体、中心锥、整流支板、分流环、隔热屏、供油管和点火器；外壳体的前段、分流环和中心锥由外而内依次布置，且彼此之间形成环形气流通道；外壳体的中后段和隔热屏由外而内布置，形成燃烧腔；整流支板为弯曲结构，且在中心锥和分流环之间径向分布有多个；中心锥上具有第一环形凹腔，分流环上具有第二环形凹腔，第一环形凹腔和第二环形凹腔的位置对应，且凹向相反，并沿轴向方向位于整流支板的后方。本发明在整流支板结合双凹腔的双重作用下，在确保整个装置紧凑性的前提下，增加燃烧效率和火焰稳定性。

Description

一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室
技术领域
本发明涉及航空发动机加力燃烧室技术领域，更具体的说是涉及一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室。
背景技术
加力燃烧室是一种应用在航空发动机上的推力增强设备，能够在飞机起飞、爬升或者其他短时间需要较大推力的状态点情况下，以牺牲燃油为代价，大幅度增加发动机推力。随着发动机技术的发展，推重比要求越来越高，这对加力燃烧室的紧凑程度提出了更高的要求。加力燃烧室的高效紧凑化设计有利于减轻航空发动机整体重量，增加发动机推重比，对发动机整体性能提升具有重要意义。
目前，将加力燃烧室整流支板、火焰稳定器、燃油喷嘴整合进行一体化设计是加力燃烧室的发展趋势。支板结合凹腔的结构具有良好的流阻以及燃烧特性，能够在紧凑空间内实现燃油的雾化以及高效燃烧，已经被众多研究者关注。如何在紧凑的燃烧室内布局支板和凹腔，以实现低流阻和高燃烧效率的加力燃烧室是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，在整流支板结合双凹腔的双重作用下，在确保整个装置紧凑性的前提下，增加燃烧效率和火焰稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，包括：外壳体、中心锥、整流支板、分流环、隔热屏、供油管和点火器；
所述外壳体的前段、所述分流环和所述中心锥由外而内依次布置，且彼此之间形成环形气流通道；所述外壳体的中后段和所述隔热屏由外而内布置，形成燃烧腔；
所述整流支板为弯曲结构，且在所述中心锥和所述分流环之间径向分布有多个；
所述中心锥上具有第一环形凹腔，所述分流环上具有第二环形凹腔，所述第一环形凹腔和所述第二环形凹腔的位置对应，且凹向相反，并沿轴向方向位于所述整流支板的后方；
所述点火器靠近所述二环形凹腔设置；
所述供油管依次穿过所述外壳体和所述分流环，与所述整流支板中的燃油管道相连通，所述燃油管道通过多个直射式喷嘴连接至所述整流支板的外壁面，并向所述燃烧腔供油；所述直射式喷嘴的燃油喷射方向垂直于所述整流支板的外壁面和气流流动方向。
进一步的，所述整流支板为沿气流方向的反方向向前倾斜的两段式结构；或所述整流支板为沿气流方向的反方向向前弯曲的拱形结构。
进一步的，所述整流支板的横截面呈U形，且其圆弧端朝向气流进口。
进一步的，所述整流支板与所述中心锥和所述分流环相交处与垂直方向的夹角为10°～30°。
进一步的，所述第一环形凹腔和所述第二环形凹腔的宽度与深度比为2～4，且所述第一环形凹腔和所述第二环形凹腔的深度均为10mm～30mm。
进一步的，所述分流环与所述外壳体之间为外涵气流通道，所述分流环与所述中心锥之间为内涵气流通道；所述外涵气流通道中的气体和所述内涵气流通道中的气体经所述分流环后在所述燃烧腔中混合。
进一步的，每个所述整流支板的两侧壁面相对设置有4～6对所述直射式喷嘴。
进一步的，所述直射式喷嘴的喷孔直径为0.3mm～0.8mm；每个所述整流支板上的供油管进口面积与大于该所述整流支板上所有所述直射式喷嘴的喷孔面积之和的比值大于5。
进一步的，每个所述整流支板上的各个所述直射式喷嘴距所述整流支板后壁的距离相等。
进一步的，所述整流支板的数量为12～16个，且所述整流支板造成所述燃烧腔的堵塞比为0.2～0.4。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，具有以下有益效果：
1、本发明通过将整流支板前倾或者呈拱形结构向前，在抑制燃烧室火焰不稳定的同时，能够增加燃油的雾化距离，有利于良好的燃油分布，能够在短距离内实现高的燃烧效率。
2、本发明通过在分流环以及中心锥上分别布置环形凹腔形成了燃烧室的双凹腔结构，能够有效提高燃烧室周向火焰传播能力以及点火能力，促进了燃烧室在周向方向的火焰稳定，提高了燃烧室温度分布均匀性。整流支板结合凹腔的结构促进了燃烧区的掺混，缩短了燃烧室火焰长度，进而提高了燃烧室的紧凑性。
3、本发明通过整流支板侧壁面供油的横向射流方法，增加了燃油穿透深度，改善了燃油雾化性能，将喷油装置(直射式喷嘴)与稳定装置(即整流支板)整合一体化，减少了燃烧室内的零件数，简化了燃烧室结构，紧凑性提高会缩短燃烧室火焰长度，进而减小燃烧室轴向长度，同时减轻了燃烧室重量，增加了燃烧室推重比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室的结构示意图；
图2为本发明提供的整流支板的两段式结构示意图；
图3为本发明提供的整流支板的拱形结构示意图；
图4为本发明提供的图2中直射式喷嘴所在位置的A-A截面剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，包括：外壳体1、中心锥2、整流支板3、分流环6、隔热屏7、供油管8和点火器9；
外壳体1的前段、分流环6和中心锥2由外而内依次布置，且彼此之间形成环形气流通道；外壳体1的中后段和隔热屏7由外而内布置，形成燃烧腔；
整流支板3为弯曲结构，且在中心锥2和分流环6之间径向分布有多个；
中心锥2上具有第一环形凹腔4，分流环6上具有第二环形凹腔5，第一环形凹腔4和第二环形凹腔5的位置对应，且凹向相反，并沿轴向方向位于整流支板3的后方；
点火器9靠近二环形凹腔5设置；
供油管8依次穿过外壳体1和分流环6，与整流支板3中的燃油管道相连通，燃油管道通过多个直射式喷嘴10连接至整流支板3的外壁面，并向燃烧腔供油，燃油在气流的剪切作用下雾化成为液滴群11；直射式喷嘴10的燃油喷射方向垂直于整流支板3的外壁面和气流流动方向。
如图2所示，整流支板3为沿气流方向的反方向向前倾斜的两段式结构。
具体而言，整流支板的两段结构分别自分流环和中心锥端倾斜向前(即气流方向的反方向，也即朝向外壳体的前段)延伸，且整流支板与中心锥2和分流环6相交处与垂直方向的夹角为10°～30°，本实施例取值为10°～20°。
如图3所示，整流支板3为沿气流方向的反方向向前弯曲的拱形结构。整流支板3与中心锥2和分流环6相交处与垂直方向的夹角为10°～30°。
如图4所示，整流支板3横截面呈现U形，整流支板前端为U形圆弧形，即U形圆弧端朝向气流进口，进口来流经过整流支板的U形圆弧端后，能够降低流动损失。
在一个具体实施例中，第一环形凹腔4和第二环形凹腔5在锥形体轴向方向上位置相同，且第一环形凹腔4和第二环形凹腔5的宽度与深度比为2～4，且第一环形凹腔4和第二环形凹腔5的深度均为10mm～30mm。
在一个实施例中，分流环6与外壳体1之间为外涵气流通道，分流环6与中心锥2之间为内涵气流通道；外涵气流通道中的气体和内涵气流通道中的气体经分流环6后在燃烧腔中混合。
在一个实施例中，每个整流支板3的两侧壁面相对设置有4～6对直射式喷嘴10。如图4所示，每对中的两个直射式喷嘴的燃油喷射方向相反。
更有利的，每个整流支板3上的各个直射式喷嘴10距整流支板3后壁的距离相等。
在一个具体实施例中，直射式喷嘴10的喷孔直径为0.3mm～0.8mm；每个整流支板3上的供油管进口面积大于该整流支板3上所有直射式喷嘴10的喷孔面积之和，本发明实施例中，供油管进口面积与喷孔总面积的比值大于5。供油管进口面积与燃油管道的横截面积相等，本实施例中，燃油管道的横截面直径为8mm～10mm，每个直射式喷嘴的内径为0.4mm～0.6mm。
在一个实施例中，整流支板3的宽度为20mm～30mm。整流支板3的数量为12～16个，且整流支板3造成燃烧腔的堵塞比为0.2～0.4。
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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，包括：外壳体、中心锥、整流支板、分流环、隔热屏、供油管和点火器；
所述外壳体的前段、所述分流环和所述中心锥由外而内依次布置，且彼此之间形成环形气流通道；所述外壳体的中后段和所述隔热屏由外而内布置，形成燃烧腔；
所述整流支板为弯曲结构，且在所述中心锥和所述分流环之间径向分布有多个；所述整流支板为沿气流方向的反方向向前倾斜的两段式结构；或所述整流支板为沿气流方向的反方向向前弯曲的拱形结构；
所述中心锥上具有第一环形凹腔，所述分流环上具有第二环形凹腔，所述第一环形凹腔和所述第二环形凹腔的位置对应，且凹向相反，并沿轴向方向位于所述整流支板的后方；
所述点火器靠近所述二环形凹腔设置；
所述供油管依次穿过所述外壳体和所述分流环，与所述整流支板中的燃油管道相连通，所述燃油管道通过多个直射式喷嘴连接至所述整流支板的外壁面，并向所述燃烧腔供油；所述直射式喷嘴的燃油喷射方向垂直于所述整流支板的外壁面和气流流动方向。
2.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，所述整流支板的横截面呈U形，且其圆弧端朝向气流进口。
3.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，所述整流支板与所述中心锥和所述分流环相交处与垂直方向的夹角为10°～30°。
4.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，所述第一环形凹腔和所述第二环形凹腔的宽度与深度比为2～4，且所述第一环形凹腔和所述第二环形凹腔的深度均为10mm～30mm。
5.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，所述分流环与所述外壳体之间为外涵气流通道，所述分流环与所述中心锥之间为内涵气流通道；所述外涵气流通道中的气体和所述内涵气流通道中的气体经所述分流环后在所述燃烧腔中混合。
6.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，每个所述整流支板的两侧壁面相对设置有4～6对所述直射式喷嘴。
7.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，所述直射式喷嘴的喷孔直径为0.3mm～0.8mm；每个所述整流支板上的供油管进口面积与该所述整流支板上所有所述直射式喷嘴的喷孔面积之和的比值大于5。
8.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，每个所述整流支板上的各个所述直射式喷嘴距所述整流支板后壁的距离相等。
9.根据权利要求1所述的一种弯曲支板双凹腔一体化加力燃烧室，其特征在于，所述整流支板的数量为12～16个，且所述整流支板造成所述燃烧腔的堵塞比为0.2～0.4。
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