CN115451430A - 一种预混预蒸发式火焰稳定器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预混预蒸发式火焰稳定器，其包括：导流环、内稳定器、外稳定器、值班喷油装置以及充填喷油装置。内稳定器的前侧壁与外稳定器的前侧壁之间形成第一气流通道，内稳定器与外稳定器之间形成从第一气流通道连通至内稳定器的轴向后方的第二气流通道。本发明通过第一气流通道引入内涵高温气流，实现对值班供油的预混预蒸发，再利用第二气流通道将高温的油气混合物引入外涵通道，实现对充填供油的燃烧组织。由此，本发明能够适应涵道比变化范围较大的应用场景，降低在加力燃烧室在小涵道比工作模式下的流动损失，提高发动机的工作性能；并且本发明的火焰稳定器的结构更加紧凑，能够有效减少加力燃烧室的总体质量，提高发动机性能。

Description

一种预混预蒸发式火焰稳定器

技术领域

本发明属于航空发动机领域，涉及一种预混预蒸发式火焰稳定器，尤其涉及一种应用于自适应循环发动机的预混预蒸发式火焰稳定器。

背景技术

自适应循环发动机(Adaptive Cycle Engine,ACE)是目前第六代军用航空发动机的一个主要研究方向，其能够通过移动多个部件位置，自动地改变内外涵压比、温升、流量以及涵道比(外涵与内涵气流流量之比)等多个运行参数，使发动机在飞行包线内的不同高度和速度点均获得较佳的工作性能，从而大幅提高涡扇发动机的燃油效率、航程以及推力。

随着飞机飞行高度和速度上升，自适应循环发动机的加力燃烧室从小涵道比(0.2～0.4)工作模式切换到中等涵道比(0.6～1.0)工作模式，这会导致外涵低温气流的流量和速度大幅上升，进而提高外涵低温气流组织燃烧的难度。

现有技术的中等涵道比加力燃烧室大多采用“先混合后燃烧”的方案，也即，将外涵低温气流和内涵高温气流在混合器处开始混合，完成混合后：一部分气流进入值班火焰稳定器，并在接收值班供油系统喷射的燃油后，在值班火焰稳定器的尾缘组织燃烧；另一部分气流在接收充填供油系统喷射的燃油后，流经外涵火焰稳定器，并由值班火焰稳定器的高温燃烧气流点燃而组织燃烧。

对于现有技术中“先混合后燃烧”的燃烧组织方案，由于内涵高温气流与外涵低温气流的混合会导致较大的流动损失，因此若加力燃烧室采用这种燃烧组织方案会导致自适应循环发动机在小涵道比工作模式下性能大幅下降，难以使自适应循环发动机在小涵道比和中等涵道比加力或非加力状态下均具有较好的工作性能。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种预混预蒸发式火焰稳定器，能够适应自适应循环发动机加力燃烧室涵道比变化范围较大的应用场景，降低其小涵道比工作模式下的流动损失，从而提高发动机的工作性能；并且本发明的火焰稳定器的结构更加紧凑，能够有效减少加力燃烧室的总体质量，从而提高发动机性能。

在本发明的一个方面，提供一种预混预蒸发式火焰稳定器，其设置在加力燃烧室中分流环的轴向后端，所述预混预蒸发式火焰稳定器包括：

导流环，同轴地设置在所述分流环的径向内侧；

内稳定器，设置在所述分流环的轴向后方，其前侧壁从所述分流环的径向内侧向外延伸至所述分流环的径向外侧；

外稳定器，至少部分地罩设在所述内稳定器的外部，其前侧壁的径向内边缘设置于所述分流环的轴向后端；

值班喷油装置，被配置为从所述分流环向所述导流环喷油；以及

充填喷油装置，设置在所述分流环的径向外侧，并被配置为向所述外稳定器的后方可调整角度地喷油；

其中，所述内稳定器的前侧壁与所述外稳定器的前侧壁之间形成有第一气流通道，所述内稳定器与所述外稳定器之间形成有从所述第一气流通道连通至所述内稳定器的轴向后方的第二气流通道。

优选地，所述内稳定器的径向外壁贴设于所述外稳定器的径向外壁，而所述内稳定器的周向侧壁与对应的所述外稳定器的周向侧壁间隔设置，从而在所述内稳定器的周向侧壁与所述外稳定器的周向侧壁之间形成至少部分所述第二气流通道。

优选地，所述内稳定器的径向外壁与所述外稳定器的径向外壁间隔设置，并且所述内稳定器的周向侧壁与对应的所述外稳定器的周向侧壁间隔设置，从而在所述内稳定器的径向外壁与所述外稳定器的径向外壁之间以及所述内稳定器的周向侧壁与所述外稳定器的周向侧壁之间共同形成至少部分所述第二气流通道。

优选地，所述导流环的后端沿轴向向后超出于所述分流环的后端，所述内稳定器的径向内壁间隔地设置在超出于所述分流环后端的所述导流环的径向外侧，从而在所述导流环与所述内稳定器的径向内壁之间形成从所述第一气流通道连通至所述内稳定器的轴向后方的第三气流通道。

优选地，所述外稳定器设有沿周向延伸的第一外伸结构，所述内稳定器设有沿周向沿伸的第二外伸结构，所述第一外伸结构间隔地套设于所述第二外伸结构的外部；

其中，在所述第一外伸结构的前侧壁与所述第二外伸结构的前侧壁之间形成所述第一气流通道的周向延伸部，在所述第一外伸结构与所述第二外伸结构之间形成从所述第一气流通道的周向延伸部到所述第二外伸结构的轴向后方的第二气流通道的周向延伸部，在所述导流环与所述第二外伸结构的径向内壁之间形成从所述第一气流通道连通至所述第二外伸结构的轴向后方的第三气流通道的周向延伸部。

优选地，所述第一外伸结构从所述外稳定器的径向内端沿周向向两侧对称地伸出，所述第二外伸结构从所述内稳定器的径向内端沿周向向两侧对称地伸出，以使所述内稳定器和所述外稳定器在垂直于轴线的截面上呈“凸”字型结构。

优选地，所述第一外伸结构的周向侧壁还包括延伸面，所述延伸面位于所述分流环与所述导流环之间，并沿轴向向前延伸至所述外稳定器的前侧壁的前方。

优选地，所述内稳定器的前侧壁为从其内边缘向其外边缘沿轴向倾斜向后延伸的斜面，所述外稳定器的前侧壁间隔地设置于所述内稳定器的前侧壁的轴向前方，从而使所述第一气流通道呈沿径向向外且沿轴向向后的倾斜通道。

优选地，所述充填喷油装置包括：

充填供油环，设置在所述分流环的径向外侧，并位于所述外稳定器的轴向前方；

充填供油杆，固定设置在所述充填供油环上，其上设有多个充填喷油孔；

其中，所述充填供油杆从所述充填供油环沿径向向外且沿轴向向后地倾斜设置，从而在垂直于周向的截面上使多个所述充填喷油孔到所述外稳定器的前侧壁的轴向距离相同。

优选地，在垂直于轴向的截面上，所述充填供油杆的投影位于所述外稳定器的投影的周向两侧，且所述外稳定器周向两侧的充填供油杆与所述外稳定器之间的周向距离相同。

优选地，所述分流环上开设有多个沿周向分布的供油通孔，所述值班喷油装置包括：

值班供油环，贴设于所述分流环的外侧，并在正对多个所述供油通孔的位置设有多个值班喷油孔，以使值班燃油从所述值班喷油孔经过所述供油通孔喷射至所述导流环的轴向前端。

优选地，所述值班供油环的喷油压力及所述分流环与所述导流环之间的间距被配置为：使值班燃油至少部分地喷射至所述导流环的径向外侧面，并至少部分地喷射至所述导流环与所述分流环之间的环形气流通道中。

优选地，所述内稳定器呈后侧开口的箱式结构，所述外稳定器呈后侧及内侧开口的箱式结构，并且所述外稳定器的后侧开口位于所述内稳定器的后侧开口的轴向后方。

在本发明的另一个方面，提供一种加力燃烧室，该加力燃烧室包括如前述任一实施例所述的预混预蒸发式火焰稳定器。

基于上述具体实施例中的技术特征，本发明的有益的技术效果至少包括：

通过将预混预蒸发式火焰稳定器直接安装在分流环上进行外涵低温气流的燃烧组织工作，从而取消现有技术中加力燃烧室的混合器结构，降低自适应循环发动机小涵道比和中等涵道比工作模式下的流动损失，提高发动机的工作性能；

在预混预蒸发式火焰稳定器内形成第一气流通道和第二气流通道，以及在一些实施例中形成有第三气流通道，并且本发明在外稳定器和内稳定器的周向两侧分别设置第一外伸结构和第二外伸结构，从而使本发明的预混预蒸发式火焰稳定器兼顾环形稳定器的联焰功能和组织外涵低温气流燃烧功能；

利用内涵高温气流蒸发值班燃油油膜并提高油气混合物的温度，本发明的预蒸发式火焰稳定器能够有效缩短进气环长度，减轻火焰稳定器结构质量。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器中分流环、导流环、内稳定器和外稳定器的立体结构示意图；

图2为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器的沿轴向的后视角度的半剖结构示意图；

图3为按照图2中A-A截面截取的本发明的预混预蒸发式火焰稳定器的垂直于周向的截面结构示意图；

图4为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器的垂直于周向的截面上的喷油状态示意图；

图5为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器在无燃油燃烧状态下的立体结构示意图及1000K温度等值线图；

图6为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器的指缝型喷油杆的侧视角度的示意图；

图7为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器的指缝型喷油杆及其B圈内部放大结构的后视角度的示意图；

附图标记说明：

1-分流环；11-供油通孔；

2-导流环；

3-内稳定器；3a-内稳定器的前侧壁；3b内稳定器的径向内壁；3c-内稳定器的径向外壁；3d-内稳定器的周向侧壁；3e-内稳定器的后侧开口；31-第二外伸结构；31a-第二外伸结构的前侧壁；31b-第二外伸结构的径向内壁；

4-外稳定器；4a-外稳定器的前侧壁；4b-外稳定器的径向外壁；4c-外稳定器的周向侧壁；4d-外稳定器的后侧开口；41-第一外伸结构；41a-第一外伸结构的前侧壁；41b-第一外伸结构的周向侧壁；411-延伸面；

5-值班喷油装置；51-值班供油环；511-值班喷油孔；

6-充填喷油装置；61-充填供油环；62-充填供油杆；621-充填喷油孔；622-指缝型喷油杆；623-指缝型喷油孔；

a-第一气流通道；b-第二气流通道；c-第三气流通道；

d1-高温回流区；d2-内外涵掺混区。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，并不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。本发明可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本发明清楚且完整，并且向本领域技术人员充分表达本发明的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

以下结合附图1～5对本发明进行具体说明。

为了便于对火焰稳定器中各个部件结构进行描述，本发明以航空发动机的中轴线为轴建立柱坐标系：以“前侧”等语句描述某一部件沿轴向靠近加力燃烧室进口的一侧；以“后侧”等语句描述某一部件沿轴向靠近加力燃烧室出口的一侧；以“内侧”等语句描述某一部件沿径向靠近中心轴的一侧；以“外侧”等语句描述某一部件沿径向靠近中心轴的一侧；以“周向两侧”等语句描述某一部件沿周向最靠外的两侧。

如图1～5所示，在本发明的一个方面提供一种预混预蒸发式火焰稳定器，其设置在加力燃烧室中分流环1的轴向后端，并包括：同轴地设置在分流环1径向内侧的导流环2、设置在分流环1轴向后方的内稳定器3、至少部分地罩设在内稳定器3外部的外稳定器4、从分流环1向导流环2喷油的值班喷油装置5、以及设置在分流环1的径向外侧并能够沿轴向向后喷油的充填喷油装置6。

加力燃烧室内的气流以分流环1为界被分隔为外涵区域和内涵区域，本发明将导流环2设置在分流环1的径向内侧，从而在分流环1与导流环2之间形成了一个位于内涵区域的环形气流通道，将内涵高温气流引入火焰稳定器的内部。

在上述气动结构基础上，本发明中内稳定器的前侧壁3a从分流环1的径向内侧向外延伸至分流环1的径向外侧，而外稳定器的前侧壁4a的径向内边缘设置于分流环1的轴向后端，在内稳定器的前侧壁3a与外稳定器的前侧壁4a之间形成第一气流通道a，从而将内稳定器3与外稳定器4之间的内涵高温气流通过第一气流通道a引入至外涵区域。并且，本发明在内稳定器3与外稳定器4之间形成有使气流从第一气流通道a流动至内稳定器3的轴向后方的第二气流通道b，能够将第一气流通道a内的内涵高温气流引至内稳定器3的后方，进而形成一个高温的低速回流区域。

针对这一火焰稳定器内部的从环形气流通道流经第一气流通道a和第二气流通道b并最终流至内稳定器3后方的气流而言，本发明利用值班喷油装置5将值班燃油喷射至分流环1与导流环2之间，使值班燃油在环形气流通道中受高温环境影响而蒸发并与内涵高温气流充分混合，进而使经第一气流通道a和第二气流通道b进入内稳定器3后方的低速回流区域的内涵高温气流中包含有预混预蒸发的值班燃油，从而在内稳定器3的后方的低速回流区域利用较低的气流速度组织起稳定的值班燃烧。

进一步地，在垂直于周向的截面上，充填喷油装置6的投影位于外稳定器4的投影的轴向前方，由充填喷油装置6沿轴向向后喷射的充填燃油将在外涵区域与外涵低温气流相互混合，并且至少一部分混合后的充填燃油和外涵低温气流经外稳定器4表面流至外稳定器后方的低速回流区域。在外稳定器后方的低速回流区域内，混有充填燃油的外涵低温气流将被内稳定器3后方的低速回流区域中的燃烧气流所蒸发与引燃，从而在外稳定器4后方的低速回流区域及外稳定器4的尾缘区域组织起稳定的充填燃烧。

其中，值班喷油装置5可以如图2～4所示地设置在分流环1的径向外侧，也可以被设置在分流环1的径向内侧，只需保证值班喷油装置5的喷油方向为从分流环1指向导流环2即可。通常地，分流环1的径向外侧的温度更低，更利于防止值班喷油装置5因高温结焦。然而，考虑到值班喷油装置5对气流的阻挡和扰动作用，将值班喷油装置5设置在分流环1和导流环2之间，能够减少值班喷油装置5对火焰稳定器以外的气流产生不利的阻挡与扰动。

其中，充填喷油装置6可以选取如图2～4所示的束油圈的结构，此时在垂直于周向的截面上，充填喷油装置6的投影优选地位于外稳定器4的投影的轴向前方。当然，充填喷油装置6还可以选取指缝型喷嘴，此时在垂直于周向的截面上，充填喷油装置6的投影优选地位于外稳定器4的相同流向位置。然而，无论充填喷油装置6的具体结构形式和设置位置如何，都需保证其喷油方向为可调整角度地向外稳定器4的后方喷油。

综上，本发明利用导流环2将内涵高温气流引入至火焰稳定器的内部，并使内涵高温气流与值班燃油相互混合以促使值班燃油蒸发，随后再利用第一气流通道a和第二气流通道b，将混有值班燃油的内涵高温气流引入至内稳定器3后方的低速回流区域形成稳定的值班燃烧，值班燃烧将进一步地作用在外稳定器4后方的低速回流区域及外稳定器4的尾缘区域，从而促进混有充填燃油的外涵低温气流中燃油成分的蒸发与燃烧，形成稳定的充填燃烧。

本发明能够充分地利用内涵高温气流，将其作为燃油蒸发、燃油混合、值班点火等过程的高温来源，组织外涵低温气流燃烧，从而在取消混合器的情况下降低自适应循环发动机小涵道比和中等涵道比工作模式下的流动损失，并提高加力燃烧室的工作性能。并且，相较于现有技术中的涡扇发动机，自适应循环发动机的加力燃烧室的内涵高温气流的温度更高，因此相比于传统的火焰稳定器，本发明能够有效缩短导流环的长度，从而减轻火焰稳定器结构质量。

如图2所示，在一个优选的实施例中，内稳定器的径向外壁3c贴设于外稳定器的径向外壁4b，而内稳定器的周向侧壁3d与对应的外稳定器的周向侧壁4c间隔设置，从而在内稳定器的周向侧壁3d与外稳定器的周向侧壁4c之间形成至少部分第二气流通道b。

本发明通过将内稳定器的径向外壁3c贴设于外稳定器的径向外壁4b，或是在另一个优选的实施例中将内稳定器的径向外壁3c与外稳定器的径向外壁4b一体化设置，实现了内稳定器3与外稳定器4之间的固定装配，并在内稳定器的周向侧壁3d与对应的外稳定器的周向侧壁4c之间形成第二气流通道b。在垂直于轴向的截面上，由于内稳定器的径向外壁的周向尺寸较其周向侧壁的径向尺寸更小，因此本发明利用尺寸更小的径向外壁实现内稳定器与外稳定器的固定连接，能够保证内稳定器3被稳固地安装于外稳定器4上。在此基础上，本发明利用轴向尺寸更大的周向侧壁来形成第二气流通道b，从而在保证内稳定器3与外稳定器4相互稳固连接的前提下，尽可能地提高第二气流通道b的流通面积，减少气体流动损失。

在另一个优选的实施例中，为了进一步扩大第二气流通道b的流通面积，内稳定器的径向外壁3c与外稳定器的径向外壁4b间隔设置，并且内稳定器的周向侧壁3d与对应的外稳定器的周向侧壁4c间隔设置，从而在内稳定器的径向外壁3c与外稳定器的径向外壁4b之间以及内稳定器的周向侧壁3d与外稳定器的周向侧壁4c之间共同形成至少部分第二气流通道b。

在上述实施例中，为了实现内稳定器3与外稳定器4之间的固定连接，可以在内稳定器3与外稳定器4之间加装连接结构，例如连接柱或连接板。这类连接结构优选地具有流线型的气动外形或以减少气动阻力的方式设置在内稳定器3与外稳定器4之间，例如连接柱的前缘为流线型结构，又例如连接板以板面平行于流动方向的方式固定连接在内稳定器3与外稳定器4之间。

如图3所示，在一个优选的实施例中，导流环2的后端沿轴向向后超出于分流环1的后端，内稳定器的径向内壁3b间隔地设置在超出于分流环1后端的导流环2的径向外侧，从而在导流环2与内稳定器的径向内壁3b之间形成从第一气流通道a连通至内稳定器3的轴向后方的第三气流通道c。

第三气流通道c与第二气流通道b的功能类似，都能够从第一气流通道a内将混有预混预蒸发值班燃油的内涵高温气流引导至内稳定器3后方的低速回流区域，然而两者的区别在于，第三气流通道c位于导流环2和内稳定器的径向内壁3b之间，因此第三气流通道c的出口将位于内涵区域内，此处的温度相较于第二气流通道b的出口处的温度更高，燃烧组织得更加稳定。

在一个优选的实施例中，在垂直于周向的截面上，分流环1与导流环2之间的宽度为10～40mm，而第二气流通道b和第三气流通道c的宽度为1～5mm。

基于上述第一气流通道a、第二气流通道b和第三气流通道c的结构基础，如图2所示，在一个优选的实施例中，本发明在外稳定器4设有沿周向延伸的第一外伸结构41，在内稳定器3设有沿周向沿伸的第二外伸结构31，并且第一外伸结构41间隔地套设于第二外伸结构31的外部。

由此，本发明能够在第一外伸结构的前侧壁41a与第二外伸结构的前侧壁31a之间形成第一气流通道a的周向延伸部；在第一外伸结构41与第二外伸结构31之间形成从第一气流通道a的周向延伸部到第二外伸结构31的轴向后方的第二气流通道b的周向延伸部，在导流环2与第二外伸结构的径向内壁31b之间形成从第一气流通道a连通至第二外伸结构31的轴向后方的第三气流通道c的周向延伸部。

可见，第一外伸结构41和第二外伸结构31能够大幅增加第一气流通道a、第二气流通道b和第三气流通道c的流通面积，减少气流从导流环2与分流环1之间的环形气流通道流至内稳定器3后方的流动阻力。并且，沿周向向外伸出的第一外伸结构41和第二外伸结构31还能提高本发明的火焰稳定器的联焰效果，使值班燃油在内稳定器3后方的低速回流区域所形成的值班燃烧能够沿周向向外扩散，从而对火焰稳定器的周向相邻区域起到稳定点火源的作用。

具体而言，对于本领域技术人员而言，本发明提供的火焰稳定器在加力燃烧室中可以有多个，多个火焰稳定器沿周向均匀分布在分流环1的径向后端。由此，一个火焰稳定器上的第一外伸结构41将可能靠近设置于相邻火焰稳定器上的外稳定器4(或其上的第一外伸结构41)。那么，沿周向分布的多个火焰稳定器将在第一外伸结构41和第二外伸结构31的连接作用下组织起整环的值班火焰作为稳定的点火源，促进充填燃油在加力燃烧室的整个环面上燃烧，从而提高加力燃烧室的燃油利用效率与温度分布的均匀性，提高加力燃烧室的整体工作效率。

如图2所示，在一个优选的实施例中，第一外伸结构41从外稳定器4的径向内端沿周向向两侧对称地伸出，第二外伸结构31从内稳定器3的径向内端沿周向向两侧对称地伸出，以使内稳定器3和外稳定器4在垂直于轴线的截面上呈“凸”字型结构。

呈“凸”字型结构的外稳定器4和内稳定器3，其第一外伸结构41和第二外伸结构31分别对称设置在周向两侧，因此外稳定器4和内稳定器3的受力更加均匀。并且，第一外伸结构41和第二外伸结构31分别位于外稳定器4和内稳定器3的径向内端，使得由第一外伸结构41和第二外伸结构31所产生的第一气流通道a、第二气流通道b和第三气流通道c更多地位于内涵区域内，从而利用温度更高的内涵高温气流提高第一外伸结构41和第二外伸结构31的周向联焰特性。

对于本领域技术人员而言，上述呈“凸”字型结构的内稳定器3和外稳定器4仅为火焰稳定器的最小单元的一种优选的划分构型。事实上，当多个火焰稳定器整环地布置在分流环1的轴向后端时，多个火焰稳定器从整体功能上应当被看做由位于内涵区域的“环形结构”和从“环形结构”沿径向向外伸出的多个“矩形结构”组成。例如，在本发明中多个第一外伸结构41和多个第二外伸结构31沿周向依次连接而成上述的“环形结构”，而位于外涵区域的部分外稳定器4和内稳定器3则相应地构成了多个“矩形结构”。

那么可以理解的是，当以一个“矩形结构”及其与一侧相邻的“矩形结构”之间的部分“环形结构”作为一个火焰稳定器的最小单元时，内稳定器3和外稳定器4将呈“L”字型结构；类似地，若以相邻的两个“矩形结构”之间的部分“环形结构”为中心，结合以该部分“环形结构”周向两端的两个“矩形结构”的一半为一个火焰稳定器的最小单元，则内稳定器3和外稳定器4将呈“凹”字型结构。又类似地，若以相邻的两个“矩形结构”及其之间的部分“环形结构”为中心，结合以相邻的两个“矩形结构”外侧的部分“环形结构”的一半为一个火焰稳定器的最小单元，则内稳定器3和外稳定器4将呈类似的反“π”字型结构。

由此，本发明所称的在垂直于轴线的截面上呈“凸”字型结构的内稳定器3和外稳定器4为一种受力更加平衡且加工难度相对较低的火焰稳定器的最小单元。事实上，本发明通过从外稳定器4和内稳定器3上设置沿周向向外伸出的第一外伸结构41和第二外伸结构31，形成了由位于内涵区域的“环形结构”和从“环形结构”沿径向向外伸出的多个“矩形结构”组成的多个火焰稳定器的整体结构，从而使多个火焰稳定器的整体结构兼具联焰功能与组织外涵燃烧功能。

在一个优选的实施例中，呈“凸”字型结构的内稳定器3和外稳定器4在加力燃烧室中的布置数量为10～30个，从而使整环的火焰稳定器兼顾组织火焰及控制重量的技术效果。

如图1所示，在一个优选的实施例中，第一外伸结构的周向侧壁41b还包括延伸面411，延伸面411位于分流环1与导流环2之间，并沿轴向向前延伸至外稳定器的前侧壁4a的前方。延伸面411可以对分流环1与导流环2之间的内涵高温气流起引导限制作用，避免内涵高温气流在从通道面积较大的环形气流通道流入通道面积较小的第一气流通道a、第二气流通道b和第三气流通道c时，受狭小通道的挤压作用而溢出至外稳定器4的周向外侧，从而确保有足够流量的内涵高温气流进入火焰稳定器的内部。

如图3所示，在一个优选的实施例中，内稳定器的前侧壁3a为从其内边缘向其外边缘沿轴向倾斜向后延伸的斜面，外稳定器的前侧壁4a间隔地设置于内稳定器的前侧壁3a的轴向前方，从而使第一气流通道a呈沿径向向外且沿轴向向后的倾斜通道。

由此，第一气流通道a沿径向向外且沿轴向向后倾斜，其在引导内涵高温气流沿径向向外流至外涵区域的过程中，能够使内涵高温气流具有一定的轴向位移分量，从而更好地利用内涵高温气流自身所具有的轴向速度，使内涵高温气流在第一气流通道a内的流动自发完成且阻力较小。并且，相较于平行于径向的外稳定器4前侧面，本发明的外稳定器的前侧壁4a呈沿径向向外且沿轴向向后的倾斜面，其所引起的外涵低温气流的气动阻力更小。

如图4所示，在一个优选的实施例中，充填喷油装置6包括充填供油环61和充填供油杆62，其中充填供油环61设置在分流环1的径向外侧并位于外稳定器4的轴向前方，而充填供油杆62固定设置在充填供油环61上，并且其上设有多个充填喷油孔621。

与沿径向向外且沿轴向向后倾斜的外稳定器的前侧壁4a相配合，充填供油杆62同样地从充填供油环61沿径向向外且沿轴向向后地倾斜设置，从而在垂直于周向的截面上使多个充填喷油孔621到外稳定器的前侧壁4a的轴向距离相同。由此，抵达外稳定器4的充填燃油与外涵低温气流将具有相似的混合程度，从而方便火焰稳定器以相对一致的点火条件，即外稳定器4后方的低速回流区域及内稳定器3后方的值班火焰，对整个径向尺度的外稳定器4尾缘的油气混合物组织燃烧。

进一步地，如图1所示，在一个优选的实施例中，为了提高加力燃烧室在外涵区域内所组织火焰的周向均匀度，在垂直于轴向的截面上，充填供油杆62的投影位于外稳定器4的投影的周向两侧，且外稳定器4周向两侧的充填供油杆62与外稳定器4之间的周向距离相同。由此，每个外稳定器4的周向两侧将等距地对称分布有至少一个填供油杆62，使得充填燃油更好地与外涵低温气流混合，并更均匀地经过外稳定器4。

如图6和图7的所示，在一个优选的实施例中，充填喷油装置6包括充填供油环61和充填供油杆62和指缝型喷油杆622，指缝型喷油杆622的后端开设有指缝型喷油孔623，以引导充填供油从预设的位置及角度向外稳定器4所在的区域喷油。

如图3所示，在一个优选的实施例中，分流环1上开设有多个沿周向分布的供油通孔11，值班喷油装置5包括值班供油环51。值班供油环51贴设于分流环1的外侧，并在正对多个供油通孔11的位置设有多个值班喷油孔511，以使值班燃油从值班喷油孔511经过供油通孔11喷射至导流环2的轴向前端。

本发明将值班供油环51设置在分流环1的径向外侧，其工作环境将位于温度较低的外涵低温气流中，相较于将值班供油环51设置在导流环2径向内侧的技术方案，本发明能够以更低的工作温度降低值班供油环51发生燃油结焦和堵塞的风险。

进一步地，如图4所示，在一个优选的实施例中，值班供油环51的喷油压力及分流环1与导流环2之间的间距被配置为：使值班燃油至少部分地喷射至导流环2的径向外侧面，并至少部分地喷射至导流环2与分流环1之间的环形气流通道中。

基于此，喷射至导流环2径向外侧面的部分值班燃油将在导流环2上形成油膜，油膜将受内涵高温气流的对流传热作用以及高温的导流环2的接触导热作用而加速蒸发，并与内涵高温气流更充分地掺混，从而促进了值班燃油的预混预蒸发效果。

如图3所示，在一个优选的实施例中，内稳定器3呈后侧开口的箱式结构，外稳定器4呈后侧及内侧开口的箱式结构。由此，内稳定器3及外稳定器4后方的低速回流区域将被尽可能地扩大延伸至内稳定器3及外稳定器4的内部，从而更利于组织燃烧。并且，外稳定器的后侧开口4d位于内稳定器的后侧开口3e的轴向后方，从而使外稳定器4能够对内稳定器3后方的低速回流区域产生一定的保护作用，防止外涵低温区域过早混入内稳定器3后方的低速回流区域而影响值班火焰的稳定性。

如图5所示，为本发明的预混预蒸发式火焰稳定器在无燃油燃烧状态下的立体结构示意图及1000K温度等值线图。从图中高温回流区d1与内外涵掺混区d2具有相同的温度值可以看出，本发明能将内涵高温气流通过外稳定器4和内稳定器3形成的夹层环引入外涵通道，并通过外稳定器4限制高温气流扩散，从而在外稳定器4尾缘可形成稳定的高温回流区。

基于上述具体实施例中的技术特征，本发明的有益的技术效果至少包括：

通过将预混预蒸发式火焰稳定器直接安装在分流环1上进行外涵低温气流的燃烧组织工作，从而取消现有技术中加力燃烧室的混合器结构，降低自适应循环发动机小涵道比和中等涵道比工作模式下的流动损失，提高发动机的工作性能；

在预混预蒸发式火焰稳定器内形成第一气流通道a、第二气流通道b和第三气流通道c，并在外稳定器4和内稳定器3的周向两侧分别设置第一外伸结构41和第二外伸结构31，从而使本发明的预混预蒸发式火焰稳定器兼顾环形稳定器的联焰功能和组织外涵低温气流燃烧功能；

利用内涵高温气流蒸发值班燃油油膜并提高油气混合物的温度，本发明的预蒸发式火焰稳定器能够有效缩短进气环长度，减轻火焰稳定器结构质量。

至此，已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种预混预蒸发式火焰稳定器，其设置在加力燃烧室中分流环(1)的轴向后端，其特征在于，所述预混预蒸发式火焰稳定器包括：

导流环(2)，同轴地设置在所述分流环(1)的径向内侧；

内稳定器(3)，设置在所述分流环(1)的轴向后方，其前侧壁(3a)从所述分流环(1)的径向内侧向外延伸至所述分流环(1)的径向外侧；

外稳定器(4)，至少部分地罩设在所述内稳定器(3)的外部，其前侧壁(4a)的径向内边缘设置于所述分流环(1)的轴向后端；

值班喷油装置(5)，被配置为从所述分流环(1)向所述导流环(2)喷油；以及

充填喷油装置(6)，设置在所述分流环(1)的径向外侧，并被配置为向所述外稳定器(4)的后方可调整角度地喷油；

其中，所述内稳定器的前侧壁(3a)与所述外稳定器的前侧壁(4a)之间形成有第一气流通道(a)，所述内稳定器(3)与所述外稳定器(4)之间形成有从所述第一气流通道(a)连通至所述内稳定器(3)的轴向后方的第二气流通道(b)。

2.根据权利要求1所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述内稳定器的径向外壁(3c)贴设于所述外稳定器的径向外壁(4b)，而所述内稳定器的周向侧壁(3d)与对应的所述外稳定器的周向侧壁(4c)间隔设置，从而在所述内稳定器的周向侧壁(3d)与所述外稳定器的周向侧壁(4c)之间形成至少部分所述第二气流通道(b)。

3.根据权利要求1所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述内稳定器的径向外壁(3c)与所述外稳定器的径向外壁(4b)间隔设置，并且所述内稳定器的周向侧壁(3d)与对应的所述外稳定器的周向侧壁(4c)间隔设置，从而在所述内稳定器的径向外壁(3c)与所述外稳定器的径向外壁(4b)之间以及所述内稳定器的周向侧壁(3d)与所述外稳定器的周向侧壁(4c)之间共同形成至少部分所述第二气流通道(b)。

4.根据权利要求1所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述导流环(2)的后端沿轴向向后超出于所述分流环(1)的后端，所述内稳定器的径向内壁(3b)间隔地设置在超出于所述分流环(1)后端的所述导流环(2)的径向外侧，从而在所述导流环(2)与所述内稳定器的径向内壁(3b)之间形成从所述第一气流通道(a)连通至所述内稳定器(3)的轴向后方的第三气流通道(c)。

5.根据权利要求4所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述外稳定器(4)设有沿周向延伸的第一外伸结构(41)，所述内稳定器(3)设有沿周向沿伸的第二外伸结构(31)，所述第一外伸结构(41)间隔地套设于所述第二外伸结构(31)的外部；

其中，在所述第一外伸结构的前侧壁(41a)与所述第二外伸结构的前侧壁(31a)之间形成所述第一气流通道(a)的周向延伸部，在所述第一外伸结构(41)与所述第二外伸结构(31)之间形成从所述第一气流通道(a)的周向延伸部到所述第二外伸结构(31)的轴向后方的第二气流通道(b)的周向延伸部，在所述导流环(2)与所述第二外伸结构的径向内壁(31b)之间形成从所述第一气流通道(a)连通至所述第二外伸结构(31)的轴向后方的第三气流通道(c)的周向延伸部。

6.根据权利要求5所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述第一外伸结构(41)从所述外稳定器(4)的径向内端沿周向向两侧对称地伸出，所述第二外伸结构(31)从所述内稳定器(3)的径向内端沿周向向两侧对称地伸出，以使所述内稳定器(3)和所述外稳定器(4)在垂直于轴线的截面上呈“凸”字型结构。

7.根据权利要求5所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述第一外伸结构的周向侧壁(41b)还包括延伸面(411)，所述延伸面(411)位于所述分流环(1)与所述导流环(2)之间，并沿轴向向前延伸至所述外稳定器的前侧壁(4a)的前方。

8.根据权利要求1所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述内稳定器的前侧壁(3a)为从其内边缘向其外边缘沿轴向倾斜向后延伸的斜面，所述外稳定器的前侧壁(4a)间隔地设置于所述内稳定器的前侧壁(3a)的轴向前方，从而使所述第一气流通道(a)呈沿径向向外且沿轴向向后的倾斜通道。

9.根据权利要求8所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述充填喷油装置(6)包括：

充填供油环(61)，设置在所述分流环(1)的径向外侧，并位于所述外稳定器(4)的轴向前方；

充填供油杆(62)，固定设置在所述充填供油环(61)上，其上设有多个充填喷油孔(621)；

其中，所述充填供油杆(62)从所述充填供油环(61)沿径向向外且沿轴向向后地倾斜设置，从而在垂直于周向的截面上使多个所述充填喷油孔(621)到所述外稳定器的前侧壁(4a)的轴向距离相同。

10.根据权利要求9所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，在垂直于轴向的截面上，所述充填供油杆(62)的投影位于所述外稳定器(4)的投影的周向两侧，且所述外稳定器(4)周向两侧的充填供油杆(62)与所述外稳定器(4)之间的周向距离相同。

11.根据权利要求1所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述分流环(1)上开设有多个沿周向分布的供油通孔(11)，所述值班喷油装置(5)包括：

值班供油环(51)，贴设于所述分流环(1)的外侧，并在正对多个所述供油通孔(11)的位置设有多个值班喷油孔(511)，以使值班燃油从所述值班喷油孔(511)经过所述供油通孔(11)喷射至所述导流环(2)的轴向前端。

12.根据权利要求11所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述值班供油环(51)的喷油压力及所述分流环(1)与所述导流环(2)之间的间距被配置为：使值班燃油至少部分地喷射至所述导流环(2)的径向外侧面，并至少部分地喷射至所述导流环(2)与所述分流环(1)之间的环形气流通道中。

13.根据权利要求1所述的预混预蒸发式火焰稳定器，其特征在于，所述内稳定器(3)呈后侧开口的箱式结构，所述外稳定器(4)呈后侧及内侧开口的箱式结构，并且所述外稳定器的后侧开口(4d)位于所述内稳定器的后侧开口(3e)的轴向后方。

Images