CN115789695A - 一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机设计制造领域，特别涉及一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，包括：合流环、内锥体、扩散器外壁、径向稳定器；合流环的外壁与扩散器外壁形成外涵通道，外涵通道出口处具有防震隔热屏；合流环的内壁与内锥体形成内涵通道；合流环沿气流流动方向逐渐扩张；合流环的尾端安装有多个周向分布的径向稳定器，径向稳定器的根部连接在合流环的内壁上，径向稳定器的尖部指向合流环中心线；径向稳定器具有空腔，所述空腔安装有加力喷杆，加力喷杆的喷嘴安装在径向稳定器的侧壁上，本申请整个火焰稳定系统完全布置于内涵气流中，可充分利用内涵气流温度高的有利条件，可保证加力燃烧效率和性能。

Description

一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室

技术领域

本申请属于航空发动机设计制造领域，特别涉及一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室。

背景技术

涡扇发动机为了实现高性能，对加力燃烧室的总压恢复系数、总余气系数、扩散器段长度等指标提出了更高的要求，因此在加力燃烧室设计中采用了混合扩压和组织燃烧一体化设计。某型发动机混合扩压和组织燃烧一体化设计的加力燃烧室如图1所示。

根据整机匹配和加力燃烧室与喷管的冷却等方面的要求，需要在混合扩压和组织燃烧一体化方案基础上大幅度减小外涵面积，将会带来外区喷嘴供油后防振隔热屏超温烧蚀的问题，为避免隔热屏超温烧蚀而取消外区喷嘴供油后，又会造成加力性能不达标的问题。

因此，有必要提出一种新的加力燃烧室形式，既能满足小外涵面积的需求，又能实现所需的加力性能，同时可保证结构可靠性。

传统的混合扩压和组织燃烧一体化的加力燃烧室利用外圈环形稳定器进行点火值班，此环稳外侧即为发动机总体性能匹配相关的外涵面积。由于起值班作用的环形稳定器后方存在高温火焰，不能过度靠近防振隔热屏，两者之间有最小间距的限制，此限制导致外涵面积较发动机总体需求偏大较多，造成外内涵压力比偏低，冷气压力不足，不利于加力燃烧室后方防振隔热屏和喷管的冷却。前期曾尝试通过不断突破稳定器与隔热屏最小间距的限制，以实现外涵面积减小的目的，但带来的防振隔热屏超温烧蚀问题使外涵无法供油，致使加力性能不达标。也就是说，现有的加力燃烧室技术方案，总体匹配及性能要求与加力燃烧室冷却可靠性存在难以调和的矛盾，既无法满足小外涵面积的需求，又不能实现所需的加力性能，同时不能可保证结构可靠性的发动机实际需求。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，包括：

合流环、内锥体、扩散器外壁、径向稳定器；

合流环的外壁与扩散器外壁形成外涵通道，外涵通道出口处具有防震隔热屏；合流环的内壁与内锥体形成内涵通道；合流环沿气流流动方向逐渐扩张；

合流环的尾端安装有多个周向分布的径向稳定器，径向稳定器的根部连接在合流环的内壁上，径向稳定器的尖部指向合流环中心线；

径向稳定器具有空腔，所述空腔安装有加力喷杆，加力喷杆的喷嘴安装在径向稳定器的侧壁上。

优选的是，径向稳定器的根部具有联通所述外涵通道与所述空腔的第一通孔，径向稳定器的后缘具有联通所述空腔与内涵通道末端的多个第二通孔。

优选的是，相邻两个径向稳定器之间连接有环形传焰槽，环形传焰槽具有朝向后方的开槽；所述开槽联通相邻两个径向稳定器的空腔。

优选的是，多个所述第二通孔沿径向稳定器的后缘均匀分布。

优选的是，加力喷杆的根部连接加力总管，加力总管置于合流环的外壁面。

优选的是，扩散器外壁上安装有外区喷管，外区喷管穿过外涵通道伸入径向稳定器的所述空腔中。

优选的是，环形传焰槽的开槽截面包括v形或者u形。

优选的是，外涵通道的末端为合流环的末端与扩散器外壁之间形成的截面积最小的狭缝通道；防振隔热屏的前端置于所述狭缝通道中。

优选的是，径向稳定器的宽度由根部向尖部逐渐减小。

优选的是，径向稳定器根据长度分为长稳定器与短稳定器，长稳定器与短稳定器沿周向交错分布。

本申请的优点包括：

1：本申请的大幅向外扩张的合流环与扩散器外壁形成的流路面积逐渐减小外涵流通，能够减少气流流动损失；

2：合流环尾缘外侧的狭缝通道能够引导外涵气流形成幕布，可有效防止稳定器后方高温气流贴近防振隔热屏，造成防振隔热屏烧蚀。

3：本申请的径向稳定器避免了高温烧蚀防振隔热屏的情况，因此能够调整合流环尾缘外侧的狭缝通道的高度，实现发动机总体需要的气动匹配面积。

4：按需设置的多根径向稳定器和环形传焰槽。布置在合流环尾缘截面，组成“环+径”组合型火焰稳定系统，进行加力点火、值班、传焰和稳焰作用；

5：整个火焰稳定系统完全布置于内涵气流中，可充分利用内涵气流温度高的有利条件，可保证加力燃烧效率和性能。

6：火焰稳定系统与防振隔热屏保持足够的安全距离，可有效降低防振隔热屏的热负荷，同时会为后方部件提供有利的冷气条件，可保证结构可靠性。

附图说明

图1是传统加力燃烧室结构示意图；

图2是本申请一优选实施方式的加力燃烧室结构示意图；

图3是本申请一优选实施方式合流环结构示意图；

图4是本申请一优选实施方式加力燃烧室内的气流流动分配示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

为了解决上述问题，本申请提供了一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，如图2所示，其包括：

合流环2、内锥体3、扩散器外壁1、径向稳定器4；

合流环2：为扩张型空间曲面造型，如图3所示；合流环为外内涵两股气流的分界，合流环外壁面为外涵通道内边界，其外扩型面与扩散器外壁配合形成流路逐渐减小的外涵通道，可减少气流流动损失；合流环尾缘与防振隔热屏之间形成小的狭缝通道，部分气流通过，可为防振隔热屏隔离高温燃气。在合流环尾缘的混合截面，内外涵气流开始混合，合流环与防振隔热屏共同实现了发动机总体需要的气动面积。合流环壁面内侧，为内涵通道外边界。其内壁面沿流线向外扩张，与内锥体3共同组成扩压流路，负责对内涵进口高速气流进行扩压减速。

内锥体3：固定于涡轮后机匣部件，作为内涵通道气流的扩压流路内侧型面。

径向稳定器4：按气动堵塞比需求设置多根径向稳定器，其均匀分布在合流环尾缘，即内外涵气流混合截面，周向方向上；径向稳定器4具有空腔，所述空腔安装有加力喷杆6，加力喷杆6的喷嘴安装在径向稳定器4的侧壁上，用于向气流中喷射燃油；径向稳定器4的根部具有联通所述外涵通道与所述空腔的第一通孔，径向稳定器4的后缘具有联通所述空腔与内涵通道末端的多个第二通孔，多个所述第二通孔沿径向稳定器4的后缘均匀分布；径向稳定器内腔引入外涵冷气，为喷油杆、传焰槽和自身进行气冷。径向稳定器4与传焰槽5共同组成“环+径”组合型火焰稳定系统，在径向稳定器4和传焰槽5的回流区中组织燃烧。径向稳定器主要起到点火、值班和稳焰的作用；径向稳定器4的宽度由根部向尖部逐渐减小，径向稳定器4根据长度分为长稳定器与短稳定器，长稳定器与短稳定器沿周向交错分布。

传焰槽5：传焰槽5安装在相邻两个径向稳定器4之间，环形传焰槽5具有朝向后方的开槽；所述开槽联通相邻两个径向稳定器4的空腔，传焰槽5后端与径向稳定器4后缘在同一截面，环形传焰槽5的开槽截面包括v形或者u形，与径向稳定器4共同组成“环+径”组合型火焰稳定系统，在径向稳定器4和传焰槽5的回流区中组织燃烧，传焰槽主要起到传焰、联焰和稳焰的作用。传焰槽完全布置于内涵气流中，与防振隔热屏保持足够的安全距离。

防振隔热屏8：外涵通道的末端为合流环2的末端与扩散器外壁1之间形成的截面积最小的狭缝通道；防振隔热屏8的前端置于所述狭缝通道中，防振隔热屏8为大型的多孔零件，设置于扩散器外壁内侧，主要为外壁机匣进行冷却和隔热，同时具有抑制振荡燃烧作用。

其中，扩散器外壁1上安装有外区喷管9，外区喷管9穿过外涵通道伸入径向稳定器4的所述空腔中。

径向传焰一体化设计的加力燃烧室，气动形式与传统加力燃烧室明显不同，加力燃烧室内的气流流动分配也发生明显变化，如图4所示，具体为：

外涵气流将主要分为3大部分，分别为气流①、气流②、气流③，分别进入防振隔热屏8与扩散器外壁1之间的冷却通道、防振隔热屏8与合流环2之间形成的狭缝通道、径向稳定器内部。气流②、气流③以及部分气流①，将在稳定器后方，与内涵气流④掺混，参与燃烧。

合流环2的尾端安装有多个周向分布的径向稳定器4，径向稳定器的根部连接在合流环2的内壁上，径向稳定器的尖部指向合流环2中心线；

径向稳定器4具有空腔，所述空腔安装有加力喷杆6，加力喷杆6的喷嘴安装在径向稳定器4的侧壁上。

综上所述，本申请针对混合扩压和组织燃烧一体化加力燃烧室，无法同时满足发动机总体的外涵面积和加力性能、可靠性要求的现状，提出一种可大幅度减小外涵面积的径向传焰一体化加力燃烧室方案，首先通过由向外扩张的合流环和内锥体形成的扩压流路，对内涵进口高速气流进行扩压减速。当气流速度降低到符合组织燃烧的范围时，在流道中按需设置一定数量、周向均布的径向稳定器，并设置与之相配合的喷油杆。在稳定器之间合适的径向位置布置环形传焰槽。分别来自外内涵的两股气流，将在混合截面同时进行混合、喷油、燃烧以及最后的扩压。

该径向传焰一体化加力燃烧室方案，利用向外扩张的合流环尾缘，实现发动机总体需求的外涵面积；采用径向稳定器作为组织燃烧点火的值班结构，利用完全布置于内涵气流中的、径向稳定器之间的传焰槽实现周向火焰传递，可避免环形稳定器带来的高温区过度贴近隔热屏的问题；该加力燃烧室方案可在确保加力燃烧室性能指标的情况下，实现外涵面积减小50％，外内涵压力比提高4％，在满足总体性能匹配要求的甚而上，可同时改善加力防振隔热屏及喷管部件的高温部位冷却条件。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，包括：

合流环(2)、内锥体(3)、扩散器外壁(1)、径向稳定器(4)；

合流环(2)的外壁与扩散器外壁(1)形成外涵通道，外涵通道出口处具有防震隔热屏；合流环(2)的内壁与内锥体(3)形成内涵通道；合流环(2)沿气流流动方向逐渐扩张；

合流环(2)的尾端安装有多个周向分布的径向稳定器(4)，径向稳定器的根部连接在合流环(2)的内壁上，径向稳定器的尖部指向合流环(2)中心线；

径向稳定器(4)具有空腔，所述空腔安装有加力喷杆(6)，加力喷杆(6)的喷嘴安装在径向稳定器(4)的侧壁上。

2.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，径向稳定器(4)的根部具有联通所述外涵通道与所述空腔的第一通孔，径向稳定器(4)的后缘具有联通所述空腔与内涵通道末端的多个第二通孔。

3.如权利要求2所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，相邻两个径向稳定器(4)之间连接有环形传焰槽(5)，环形传焰槽(5)具有朝向后方的开槽；所述开槽联通相邻两个径向稳定器(4)的空腔。

4.如权利要求3所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，多个所述第二通孔沿径向稳定器(4)的后缘均匀分布。

5.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，加力喷杆(6)的根部连接加力总管(7)，加力总管(7)置于合流环(2)的外壁面。

6.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，扩散器外壁(1)上安装有外区喷管(9)，外区喷管(9)穿过外涵通道伸入径向稳定器(4)的所述空腔中。

7.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，环形传焰槽(5)的开槽截面包括v形或者u形。

8.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，外涵通道的末端为合流环(2)的末端与扩散器外壁(1)之间形成的截面积最小的狭缝通道；防振隔热屏(8)的前端置于所述狭缝通道中。

9.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，径向稳定器(4)的宽度由根部向尖部逐渐减小。

10.如权利要求1所述的小外涵出口面积的径向传焰一体化加力燃烧室，其特征在于，径向稳定器(4)根据长度分为长稳定器与短稳定器，长稳定器与短稳定器沿周向交错分布。

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