CN116412418A - 发动机燃料喷嘴和旋流器 - Google Patents

Abstract

发动机可以利用燃烧器来燃烧燃料，以驱动发动机。燃料喷嘴组件可以将燃料供应到燃烧器，用于燃料的燃烧或点火。燃料喷嘴组件可以包括旋流器和燃料喷嘴，以供应燃料和空气的混合物，用于燃烧。改变旋流器的几何形状可以提供改进的空气供应，这可以改进效率和火焰控制。

Description

发动机燃料喷嘴和旋流器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年12月30日提交的美国临时专利申请号63/294,925和2022年3月11日提交的美国专利申请号17/692,411的优先权和利益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本主题大体上涉及发动机部件，该发动机部件具有燃料喷嘴和旋流器中的一个或两者。

背景技术

发动机，诸如包括涡轮的涡轮发动机，通过发动机的燃烧器内的可燃燃料的燃烧被驱动。发动机利用燃料喷嘴将可燃燃料喷射到燃烧器中。旋流器提供燃料与空气混合，以便实现有效燃烧。

附图说明

在参考附图的说明书中，针对本领域普通技术人员，阐述了本公开的完整且能够实现的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是根据本公开的示例性实施例的发动机的示意性横截面视图。

图2是根据本公开的示例性实施例的图1的发动机的燃料喷嘴组件和旋流器的横截面视图，包括具有轴向缩减的旋流器轮叶。

图3是根据本公开的示例性实施例的包括旋流器的替代燃料喷嘴组件的横截面视图，旋流器具有与轴向出口组合的径向轮叶。

图4是根据本公开的示例性实施例的用于燃料喷嘴组件的旋流器的侧视图，包括前壁、后壁以及在前壁和后壁之间延伸的轮叶。

图5是根据本公开的示例性实施例的穿过图4的截面V-V截取到的截面视图。

图6是根据本公开的示例性实施例的穿过图4的截面VI-VI截取到的截面视图。

图7是根据本公开的示例性实施例的穿过图4的截面VII-VII截取到的截面视图。

图8是根据本公开的示例性实施例的显示用于旋流器的前壁和后壁的替代轮廓的截面视图，包括用于前壁的前面倾斜部。

图9是根据本公开的示例性实施例的显示用于旋流器的前壁和后壁的另一个替代轮廓的截面视图，包括用于后壁的后面倾斜部。

图10是根据本公开的示例性实施例的显示用于旋流器的前壁和后壁的又一个替代轮廓的截面视图，包括分别用于前壁和后壁的前面倾斜部和后面倾斜部。

图11是根据本公开的示例性实施例的显示用于旋流器的前壁和后壁的替代轮廓的截面视图，限定用于旋流器的渐缩区域和渐扩区域。

图12是根据本公开的示例性实施例的旋流器的出口的截面视图，该旋流器诸如是图3的旋流器，包括具有在前壁和后壁之间延伸的恒定横截面的一组轮叶。

图13是根据本公开的示例性实施例的替代旋流器的截面视图，包括在从前壁延伸到后壁的出口处的轮叶之间的渐扩区域。

图14是根据本公开的示例性实施例的用于旋流器的另一个替代出口的截面视图，包括在从前向后延伸的出口处的轮叶之间的渐缩区域。

图15是根据本公开的示例性实施例的用于旋流器的又一个替代出口的截面视图，包括用于从前壁延伸到后壁的轮叶的出口的渐缩区域和接着的渐扩区域。

图16是根据本公开的示例性实施例的用于旋流器的又一个替代出口的截面视图，包括用于从前壁延伸到后壁的轮叶的出口的渐扩区域和接着的渐缩区域。

图17是根据本公开的示例性实施例的另一个燃料喷嘴组件的截面视图，包括用于旋流器的轴向通道的渐缩横截面区域。

图18是根据本公开的示例性实施例的又一个燃料喷嘴组件的截面视图，包括在旋流器轮叶和燃料喷嘴两者下游的用于旋流器的渐缩横截面区域。

具体实施方式

本文公开的方面针对位于发动机部件内的燃料喷嘴和旋流器架构，并且更具体地，针对被构造成与升高的燃烧发动机温度一起使用的燃料喷嘴结构，诸如使用氢燃料及其其它混合物的那些燃料喷嘴结构。为了例释的目的，将关于具有驱动涡轮的燃烧器的飞行器的涡轮发动机来描述本公开。然而，将理解的是，本文公开的方面不限于此，并且可以在发动机内以及在非飞行器应用中具有一般适用性，发动机包括但不限于涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和涡轮风扇发动机，非飞行器应用诸如其他移动应用和非移动工业、商业和住宅应用。

现在将详细参考燃料喷嘴组件架构、其部分或其替代实施例，特别是用于向位于发动机内的燃烧器提供燃料的燃料喷嘴和旋流器，发动机的示例在附图中被示为涡轮。详细描述使用数字和字母标号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标号已用于指代本公开的相似或类似部分。

本文使用“示例性”一词来意指“用作示例、实例或例释”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。

术语“前”和“后”是指发动机或运载器内的相对位置，并且是指发动机或运载器的正常操作姿态。例如，关于发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，并且后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。

如本文所用，术语“上游”是指与流体流动方向相反的方向，而术语“下游”是指与流体流动方向相同的方向。术语“前向”或“前”表示在某物的前面，“后向”或“后”表示某物的后面。例如，当用于流体流动时，前向/前可以表示上游，后向/后可以表示下游。

术语“火焰保持”涉及燃料的连续燃烧的状况，使得沿着或靠近部件，并且通常沿着或靠近如本文所述的燃料喷嘴和旋流器组件的一部分，维持火焰，并且术语“回火(flashback)”涉及燃烧火焰在上游方向上的倒退。

术语“流体”可以是气体或液体。术语“流体连通”意指流体能够在指定区域之间建立连接。

此外，如本文所用，术语“径向”或“径向地”是指远离共同中心的方向。例如，在涡轮发动机的整体上下文中，径向是指沿着在发动机的中心纵向轴线和发动机外周之间延伸的射线的方向。

所有方向引用(例如，径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前面、背面、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前、后等)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并且不造成限制，特别是关于本文描述的公开的方面的位置、方位或使用的限制。连接引用(例如，附接、联接、连接和接合)将被广义地解释，并且可以包括元件集合之间的中间结构元件以及元件之间的相对移动，除非另有指示。因此，连接引用不一定意味着两个元件直接连接并且相对于彼此固定。示例性附图仅用于例释的目的，并且在所附附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可以变化。

单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。此外，如本文所用，术语“组”或“一组”元件可以是任意数量的元件，包括仅一个。

如本文中在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言被应用于修饰可以允许变化而不导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由诸如“大约”、“近似”、“大体上”和“基本上”之类的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指代在单个值、值的范围和/或限定值的范围的端点的1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％的余量内。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这种范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。

燃烧器从燃料喷嘴引入燃料，燃料通过旋流器与空气混合，然后在燃烧器内燃烧，以驱动发动机。效率的增加和排放的减少已经驱动了使用燃烧更清洁并在较高温度下燃烧的燃料的需求。有需要在这些操作参数下改进燃烧器的耐用性，诸如改进火焰控制以防止火焰保持在燃料喷嘴和旋流器部件上。

图1是发动机10的示意图。作为非限制性示例，发动机10可以在飞行器内使用。发动机10可以至少包括压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16。驱动轴18旋转地联接压缩机区段12和涡轮区段16，使得其中一个的旋转影响另一个的旋转，并且限定用于发动机10的旋转轴线20。

压缩机区段12可以包括彼此串行流体联接的低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24。涡轮区段16可以包括彼此串行流体联接的LP涡轮28和HP涡轮26。驱动轴18可以将LP压缩机22、HP压缩机24、LP涡轮28和HP涡轮26可操作地联接在一起。替代地，驱动轴18可以包括LP驱动轴(未示出)和HP驱动轴(未示出)。LP驱动轴可以将LP压缩机22联接到LP涡轮28，并且HP驱动轴可以将HP压缩机24联接到HP涡轮26。LP线轴可以被限定为LP压缩机22、LP涡轮28和LP驱动轴的组合，使得LP涡轮28的旋转可以将驱动力施加到LP驱动轴，LP驱动轴进而可以使LP压缩机22旋转。HP线轴可以被限定为HP压缩机24、HP涡轮26和HP驱动轴的组合，使得HP涡轮26的旋转可以将驱动力施加到HP驱动轴，HP驱动轴进而可以使HP压缩机24旋转。

压缩机区段12可以包括多个轴向间隔开的级。每一级包括一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。用于压缩机区段12的一级的压缩机叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。压缩机区段12的轮叶可以被安装到壳体，壳体可以围绕发动机10周向延伸。将理解的是，压缩机区段12的表示仅仅是示意性的并且可以有任何数量的级。进一步地，预期的是，在压缩机区段12内可以有任何其他数量的部件。

与压缩机区段12类似，涡轮区段16可以包括多个轴向间隔开的级，其中每一级具有一组周向间隔开的旋转叶片和一组周向间隔开的固定轮叶。用于涡轮区段16的一级的叶片可以被安装到盘，盘被安装到驱动轴18。用于给定级的每一组叶片可以具有其自己的盘。涡轮区段的轮叶可以以周向方式被安装到壳体。要注意的是，可以有任意数量的叶片、轮叶和级，因为图示的涡轮区段仅仅是示意性的表示。进一步地，预期的是，在涡轮区段16内可以有任何其他数量的部件。

燃烧区段14可以串行设置在压缩机区段12和涡轮区段16之间。燃烧区段14可以流体联接到压缩机区段12和涡轮区段16的至少一部分，使得燃烧区段14至少部分地将压缩机区段12流体联接到涡轮区段16。作为非限制性示例，燃烧区段14可以在燃烧区段14的上游端处流体联接到HP压缩机24，并且在燃烧区段14的下游端处流体联接到HP涡轮26。

在发动机10的操作期间，环境空气或大气空气经由压缩机区段12上游的风扇(未示出)被吸入压缩机区段12，空气在压缩机区段12处被压缩，限定加压空气。然后，加压空气可以流入燃烧区段14，加压空气在燃烧区段14处与燃料混合并被点燃，从而生成燃烧气体。HP涡轮26从这些燃烧气体中提取一些功，HP涡轮26驱动HP压缩机24。燃烧气体被排出到LP涡轮28中，LP涡轮28提取附加功来驱动LP压缩机22，并且排气最终经由涡轮区段16下游的排气区段(未示出)从发动机10被排出。LP涡轮28的驱动驱动了LP线轴，以使风扇(未示出)和LP压缩机22旋转。加压空气和燃烧气体可以一起限定流过发动机10的风扇、压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16的工作气流。

图2显示了包括旋流器102和终止于喷嘴尖端105处并且至少部分地设置在旋流器102内部的燃料喷嘴104的燃料喷嘴组件100，燃料喷嘴104包括限定纵向轴线110的燃料通道112。旋流器102包括一组轮叶106，一组轮叶106将旋流作为螺旋或切向分量给予沿轮叶106而过的气流。旋流空气被引导通过排气通道118，空气在出口116处排放。轮叶106包括前缘(未示出)和后缘108，并且在径向内壁120和径向外壁122之间延伸，径向内壁120和径向外壁122之间限定排气通道118。后缘108可以相对于被限定通过燃料喷嘴104的纵向轴线110以缩减角114被缩减。在另一个非限制性示例中，后缘缩减角114可以相对于图1的发动机中心线20。缩减角114可以在0度和90度之间，或者在另一个非限制性示例中，可以在30度和90度之间，或者是任何其他非零角度，同时预期到其他角度或其范围。

在操作中，空气流可以由旋流器102提供，被给予有围绕燃料喷嘴104轴向通过的切向旋流分量。轮叶106将旋流或切向或螺旋分量给予空气，使得当空气从旋流器102排出时旋流。用于后缘108的缩减角114在排气通道118的外直径处对气流产生较高角度分量，相对于外直径在更接近排气通道118的内直径处限定较低角度分量。另外，缩减角114在更接近排气通道118的内直径处产生高轴向速度分量，同时在更接近外直径处具有相对较小的轴向速度分量。外直径处的较高旋流分量防止或减少了燃料喷嘴组件100上的火焰保持，而内直径处的较高轴向速度分量防止了燃料喷嘴104的外表面或端部上的火焰保持和回火。在一个非限制性示例中，预期的是，轮叶106或旋流器102可以是燃料喷嘴104的一部分，或与燃料喷嘴104成一体，作为单一部件。缩减角114可以相对于纵向轴线110开始于任何径向轮叶位置，并且预期的是，缩减角114可以朝向旋流器102的内直径延伸而增大，使得后缘108弯曲。在另一个示例中，缩减角114可以开始于径向内壁120和径向外壁122之间的通道高度的0％-90％之间的任何位置，其中100％在径向方向上与径向外壁122对准，并且0％与径向内壁120对准。

另外，喷嘴尖端105可以被定位在旋流器102的后方。这种后方定位可以在旋流器102和燃料喷嘴104的后方为从旋流器102提供用来混合的气流的尾流提供足够的空间，这提供了减少或消除喷嘴尖端105处的火焰保持和回火。

径向内壁120的足部124引导空气沿足部124滑动，并且过渡到沿燃料喷嘴104的外直径，以显著地减少径向内壁120的后缘处的尾流。足部124上的角度可以相对于纵向轴线110或与其平行的轴线被限定为从5度到60度，以控制燃料喷嘴104的外直径上的流动速度，以及减少径向内壁120的后缘的尾流。径向外壁122包括渐缩壁区段126，以朝向燃料喷嘴104引导流，从而在燃料喷嘴外直径上产生高速度来避免火焰保持。渐缩壁区段126相对于纵向轴线110的角度可以在1度和80度之间，或在2度和80度之间，同时预期到其他范围，诸如任何非零角度。由足部124和渐缩壁区段126限定的旋流器通道区域的渐缩之后是恒定区域区段128，以在排气通道118的出口116处形成良好发展的速度轮廓，从而使火焰远离燃料喷嘴组件100。恒定区域区段128的长度可以从0.3H到8.0H，其中H是限定在位于足部124和渐缩壁区段126后方的径向外壁122与燃料喷嘴104之间的排气通道118的高度。燃料喷嘴104的尖端可以被定位在旋流器轮叶106下游的旋流器组件的恒定区域区段128或渐缩壁区段126中的任何位置。

转到图3，另一个示例性燃料喷嘴组件200包括旋流器202和燃料喷嘴204。旋流器202包括设置在前壁208和后壁210之间的一组周向布置的径向轮叶206。旋流器202将气流从径向轮叶206处的径向方向转向环绕燃料喷嘴204的轴向通道216处的轴向方向。扩口锥部212在轴向通道216下游从旋流器202延伸。在一个示例中，扩口锥部212可以相对于燃料喷嘴204的纵向轴线以-60度(负60度)到80度之间的角度218延伸，其中负角度限定扩口锥部212的渐缩横截面区域，并且正角度限定扩口锥部212的渐扩横截面区域，并且零度表示扩口锥部212的恒定横截面。在替代示例中，预期的是，扩口锥部212可以包括恒定的、渐扩的或渐缩的横截面区域，并且不需要受限于如图所示。在另一个替代示例中，预期的是，不包括扩口。

径向轮叶206可以被布置成将径向流引入到旋流器202中，旋流器202在开口214处在后缘220处排放，开口214有时被称为相邻径向轮叶206之间的喷嘴，限定用于喷嘴的出口。开口214可以被切向定向，以将旋流给予从旋流器202提供的空气流。切向开口214沿轴向通道216的外直径为沿轴向方向的气流产生高速度分量，这防止了火焰保持在扩口锥部212上。另外，切向开口214沿轴向通道216的内直径提供高速度分量，这防止了燃料喷嘴204处的火焰保持或回火。

转向图4，用于燃料喷嘴组件(诸如本文所述的燃料喷嘴组件)的旋流器300包括具有前壁304和后壁306的外壳302。一组轮叶308在前壁304和后壁306之间延伸，用于将切向旋流给予提供到燃料喷嘴组件的气流。

转到图5，沿图4的截面V-V截取，接近前壁304，显示了相对于环形前壁304具有径向布置的轮叶308。图6显示了沿图4的截面VI-VI截取到的截面视图，其示出了位于前壁304和后壁306(见图4，后壁306在图5-7中未示出)之间的轮叶308，显示了从径向方向转向切向方向的轮叶308，其中每个轮叶308的后缘310切向转向。图7显示了沿图4的截面VII-VII截取到的横截面视图，其显示了接近后壁306的区段，显示了轮叶308的后缘310进一步切向转向，同时与后缘310相比，更少朝向前缘312切向延伸。如截面V-V中径向所示的轮叶308，在转向径向之前，沿从旋流器的中心延伸的半径布置，如图6和7所示。轮叶308开始从径向转向轴向的轴向位置可以在总轮叶高度的0％到80％之间变化，其中轮叶高度被限定在旋流器300的前壁304和后壁306之间。

当轮叶308沿后缘310切向转动时，沿轮叶308引导的气流在与燃料喷嘴提供的燃料流相互作用之前，提供峰值气流速度。后缘310的切向曲线可以沿旋流器300下游的轴向旋流器通道的外直径提供高切向速度分量，这防止了燃料喷嘴组件或下游扩口锥部上的火焰保持。由图5中的截面V-V所示的几何形状所限定的轮叶308的前径向分量不具有流的速度的切向分量，并且当流转向燃料喷嘴时，产生高轴向速度。由轮叶308的前径向分量产生的这种高轴向速度导致了燃料喷嘴的后端处的高轴向速度，防止了在燃料喷嘴的尖端上的火焰保持。

图4显示了前壁304和后壁306，前壁304和后壁306彼此平行对准，或与燃料喷嘴的纵向轴线正交对准，或两者。图8-11显示了可用于改变由旋流器提供的气流的速度轮廓的非限制性替代示例。图8显示了前壁400，前壁400包括可以由倾斜角402限定的倾斜，倾斜角402相对于后壁404或从燃料喷嘴和旋流器组件的纵向轴线延伸的半径408被限定，或者前壁400可以被限定成与燃料喷嘴的纵向范围不正交，该燃料喷嘴与包括前壁400的旋流器一起使用。类似地，图9显示了后壁414，后壁414包括相对于半径418或前壁410由倾斜角412限定的倾斜。图8或9的前倾斜或后倾斜可以限定旋流器的渐缩横截面区域406、416，其可以为穿过旋流器的气流提供增大的速度，基于壁的角度或倾斜，控制局部速度轮廓可以增大或减小的位置，这可以改进气流的速度轮廓，并且减少或防止燃料喷嘴组件处的火焰保持。当前壁410和后壁414之间的通道变化时，设置在前壁410和后壁414之间的旋流器中的轮叶跨度可以在向后方向上减少，这有助于在空气流离开轮叶时，实现期望的速度轮廓。倾斜角402、412可以在0度和45度之间，同时预期到其他范围。

在另一个示例中，图10显示了前壁420和后壁424，在非限制性示例中，前壁420和后壁424均相对于燃料喷嘴或发动机中心线的纵向范围，以倾斜角422倾斜，从正交偏离。倾斜的前壁420和后壁424还提供了渐缩的横截面区域426，从而为旋流器所提供的气流提供了增大的速度。例如，倾斜角422可以从0度到45度。

图11显示了包括前壁430和后壁434的另一个示例，前壁430和后壁434均渐缩，限定减小的横截面区域432，过渡到前壁430和后壁434的渐扩部分，限定渐扩的横截面区域436。代替平坦表面，可能的是，前壁430和后壁434可以是弯曲的。例如，在渐缩区域到渐扩区域之间的过渡出现时的通道的径向高度可以在旋流器通道的总径向高度的20％到80％之间。

应当理解，存在另外的组合，其中前壁或后壁包括倾斜或下降，或者壁的曲率，凹的或凸的，其分别在前壁和后壁两者之中与另一壁无关或与另一壁互补地限定增大或减小的横截面区域或其任何组合。应当理解，旋流器的前壁和后壁可以分别或一起或互补地成角度。另外，每个壁可以是成角度的、不成角度的或离散弯曲的，以限定旋流器的渐缩或渐扩部分，这可以限定旋流器的复杂气流轮廓。

图12显示了示例性旋流器500的一部分的放大截面视图，旋流器500包括在前壁504和后壁506之间延伸的两个轮叶502。每个轮叶502可以包括在前壁504和后壁506之间延伸的恒定横截面区域。

图13-16示出了具有轮叶的旋流器的横截面轮廓的替代示例，轮叶被限定在前壁和后壁之间。图13显示了具有轮叶512的旋流器510，轮叶512包括在从前壁514到后壁516的方向上延伸的增大的横截面流动区域518，或从前壁514延伸到后壁516的减小的轮叶厚度。这种几何形状在轮叶通道的前壁514处产生较低的流动区域，并且在轮叶通道的后壁516处产生相对较高的流动区域，这导致了轴向旋流器通道的外直径上的高速度，诸如在图3中所描述的，以及燃料喷嘴外直径上的轴向旋流器通道中的相对较低速度。换言之，几何形状在轴向旋流器通道的径向外部处产生峰值速度轮廓。旋流器或扩口锥部的外直径上的高速流动防止了扩口锥部上的火焰保持。

图14示出了具有轮叶522的旋流器520，轮叶522包括从前壁524延伸到后壁526的减小的横截面流动区域528或增大的轮叶厚度。这种几何形状在轴向旋流器通道处产生峰值径向内速度轮廓。燃料喷嘴的外直径上的高速分量减少或消除了燃料喷嘴上的火焰保持。

图15包括具有轮叶532的旋流器530，轮叶532包括轮廓，该轮廓包括在前壁534和后壁536之间延伸的减小的横截面流动区域538，然后增大的横截面流动区域539，或包括在前壁534和后壁536之间延伸的增大的轮叶厚度，过渡到减小的轮叶厚度。这种几何形状产生了双峰值速度轮廓，其中峰值速度在旋流器轴向通道的内直径和外直径两者上。这会在扩口锥部和燃料喷嘴壁附近产生高速流动，防止了在两个表面上的火焰保持。

图16包括具有轮叶542的旋流器540，轮叶542包括从前壁544延伸到后壁546的增大的横截面流动区域548，其过渡到减小的横截面流动区域550，或包括从前壁544延伸到后壁546的增大的轮叶厚度，其过渡到减小的轮叶厚度。这种几何形状在旋流器轴向通道处产生了中心峰值速度轮廓，其防止了在旋流器轴向通道的中心的火焰保持或回火。轮叶厚度的过渡可以出现在从径向旋流器通道的前壁544到后壁546限定的长度的20％到80％的任何位置。可能的是，轮叶表面可以是弯曲表面，而不是平坦表面，或者其组合是可能的。减小或渐缩的横截面区域可以用来加速流动，而增大或渐扩的横截面区域可以用来减速流动，其可以针对旋流器轴向通道的内直径或外直径，以便减少燃料喷嘴组件上的火焰保持的出现。另外，虽然横截面视图被显示为更接近旋流器组件的出口布置，但是应该理解，横截面可以被限定在特定轮叶的前缘和后缘之间的任何位置，并且进一步预期的是，这种横截面变化可以出现在从前缘延伸到后缘的方向上，这与在前壁544和后壁546之间延伸的变化相反或互补。

在前壁和后壁之间延伸的轮叶的可变轮廓可以提供限定从旋流器排出的旋流空气的不同的速度轮廓。可变速度轮廓可以用来防止针对燃料喷嘴组件的部分的火焰保持，并且该轮廓可以用来形成复杂的流动轮廓，以防止火焰保持。此外，不同的速度轮廓可用于控制燃料喷嘴组件中以及下游燃烧器的初级区中的燃料和空气的混合。

在另一个示例中，预期的是，轮叶(诸如图12-16中所示的轮叶)可以包括在与前壁和后壁之间延伸的方向正交的径向方向上变化的横截面。这样，与在轴向方向上公开的类似，轮叶可以在径向方向上渐缩、渐扩、保持恒定或其任何组合。更进一步地，预期的是，轮叶可以包括在径向方向和轴向方向两者上的变化横截面。例如，轮叶可以在轴向方向上从前壁到后壁渐缩，而同一轮叶可以在与轴向方向正交的径向方向上渐扩。这样，应当理解，轮叶的轮廓可用于确定或限定速度轮廓，其能够针对燃料喷嘴组件或特定燃料类型被定制，这可用于减少或消除火焰保持或回火，以及混合燃料和空气，以增加效率。

图17显示了具有环绕燃料喷嘴604的旋流器602的燃料喷嘴组件600。旋流器602包括围绕燃料喷嘴604排放的轴向通道606。轴向通道606可以包括渐缩部分608。轴向通道606可以通过旋流器壁610与燃料喷嘴604间隔开。旋流器壁610可以包括限定渐缩部分608的成角度部分612。渐缩部分608提供增加从轴向通道606排放的旋流器空气的速度，这防止了燃料喷嘴组件600上的火焰保持。喉部614被限定在燃料喷嘴604下游和扩口锥部616上游的加速流动的通道中，以防止火焰在燃料喷嘴604上回火。喉部614离燃料喷嘴604的位置可以是从0D到30D，其中D是燃料孔口孔618在燃料喷嘴604的端部处的直径，并且在一个示例中，D可以是最小燃料孔口孔的直径。

可以在旋流器602中形成突起620。突起可以是圆形的或线性的，或者其组合，同时预期到任何合适的形状。突起620限定在成角度部分612下游的渐缩横截面，其可以将喉部614限定为燃料喷嘴组件600在燃料喷嘴604下游和扩口锥部616上游的最小横截面区域。突起620可以被定位在燃料喷嘴604下游的0D和30D之间，其中D是燃料孔口孔618的直径，并且这里0D与燃料喷嘴的端部对准。

图18包括具有环绕燃料喷嘴704的旋流器702的燃料喷嘴组件700。旋流器702包括轴向通道706，轴向通道706包括限定围绕燃料喷嘴704排放的渐缩区段的渐缩部分708。旋流器702包括下游外壳部分716，下游外壳部分716在燃料喷嘴704的后方延伸，限定截头喷嘴710，截头喷嘴710包住来自旋流器702的空气和来自燃料喷嘴704的燃料的混合物。截头喷嘴710在截头喷嘴710和外部扩口锥部712之间提供附加空间，这在截头喷嘴710和扩口锥部712之间提供了用于声学阻尼器714的空间。由截头喷嘴710限定的渐缩横截面区域加速了从燃料喷嘴704和旋流器702排出的燃料和空气的流动，以防止火焰保持或回火，同时阻尼器714可以用来减少由燃料喷嘴组件200生成的振动，提供了进一步的火焰控制，以防止火焰保持或回火。这样，阻尼器714可以是声学阻尼器，其可以阻尼由发动机生成的声音，用于更安静的操作，以及利用扩口锥部712和阻尼器714减少或吸收振动能量。对于围绕燃烧器处于环形布置的不同燃料喷嘴组件700，阻尼器体积可以相同或不同，以解决更宽范围的燃烧动态频率。可能的是，在围绕旋流器702放置的每个单独阻尼器体积内可以存在体积分区，其中离散体积可以被调谐到特定频率。阻尼器714可以在扩口锥部712上方延伸到燃烧室中。

应当理解，可以使得扩口在流动方向上渐扩、恒定或渐缩，这可以防止火焰保持或回火，以及使燃料和空气的混合物膨胀，这可以改进效率并减少排放。在另一个示例中，预期到没有扩口。

应当理解，相对于空气或其他燃料，具有更高燃烧温度和更高燃烧速度的燃料，或者具有更轻重量的燃料，可以提供减少或消除排放，或改进效率，而不增加排放。在一个示例中，可以使用氢燃料或氢基燃料，这可以消除碳排放，而不会对效率产生负面影响。包括氢的这种燃料需要更好的火焰控制，以便防止燃烧器硬件上的火焰保持或回火。本文描述的方面可以增加燃烧器的耐用性，而现行燃烧器可能无法提供使用这种燃料的耐用性。

如将从本文的描述中理解的是，各方面可以互换或混合，并且本公开不限于本文描述的实施例。本领域普通技术人员将认识到，本文中描述的各方面可以互换、组合、添加或以其他方式混合，以形成附加实施例。

该书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本公开的可专利范围由权利要求所限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言没有实质差异的等效结构元件，则这些其他示例旨在处于权利要求的范围内。

进一步的方面由以下条款的主题提供，一种涡轮发动机，包括：处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段，所述燃烧器区段包括燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴组件包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴限定燃料通道，所述燃料通道限定纵向轴线；旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，所述旋流器具有设置在所述旋流器中的轮叶，所述轮叶被构造成将切向分量给予通过所述旋流器提供的空气供应，所述轮叶包括前缘和后缘；其中所述后缘相对于所述纵向轴线以缩减角布置。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述旋流器进一步包括限定排气通道的径向内壁和径向外壁。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述径向内壁包括足部。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述径向外壁包括渐缩区段。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述渐缩区段在与所述纵向轴线正交的方向上至少部分地与所述足部对准。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述缩减角小于90度并且非零。

根据前述条款中任一项所述的涡轮发动机，其中所述燃料喷嘴终止于所述旋流器的后方。

一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；和旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，所述旋流器包括：前壁、后壁和一组轮叶，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，所述一组轮叶被构造成将切向分量给予穿过所述旋流器的一定量的流体，其中所述一组轮叶中的每个轮叶从所述前壁处的径向方位转向所述后壁处的切向方位。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述前壁以角度布置，所述角度从被限定成与所述纵向轴线正交的轴线偏离。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述径向方位被限定在与所述纵向轴线正交的径向方向上。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述切向方位在与所述径向方向相切的方向上。

一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；和旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，所述旋流器包括：前壁、后壁和一组轮叶，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，所述一组轮叶中的每个轮叶包括后缘，所述一组轮叶用于将切向分量给予穿过所述旋流器的一定量流体；其中所述后缘相对于所述纵向轴线以缩减角布置。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述前壁和所述后壁中的一个以倾斜角布置，其中所述倾斜角相对于与所述纵向轴线正交延伸的半径而被限定。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述倾斜角在通过所述旋流器的流动方向上限定渐缩横截面区域。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括相对于通过所述旋流器的所述流动方向在所述渐缩横截面区域下游的渐扩横截面区域。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括在所述流动方向上在所述渐缩横截面区域上游的渐扩横截面区域。

一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，并且包括前壁、后壁，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道；和一组轮叶，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，所述一组轮叶中的每个轮叶在前缘和后缘之间延伸；其中所述一组轮叶中的每个轮叶的所述后缘相对于所述纵向轴线以缩减角布置。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶限定增大的横截面流动区域或减小的横截面流动区域中的至少一个。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶在从所述前壁延伸到所述后壁的方向上包括所述增大的横截面流动区域或所述减小的横截面流动区域。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶在径向方向上包括所述增大的横截面流动区域或所述减小的横截面区域，所述径向方向与从所述前壁延伸到所述后壁的方向正交。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶限定所述增大的横截面流动区域和所述减小的横截面流动区域两者。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述增大的横截面流动区域邻近所述前壁设置，并且所述减小的横截面流动区域邻近所述后壁设置。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述旋流器进一步包括布置在所述一组轮叶下游的渐缩部分。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括设置在所述渐缩部分下游的突起。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括布置在所述渐缩部分的径向外部的阻尼器。

一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，并且包括前壁、后壁，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道；和一组轮叶，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，所述一组轮叶中的每个轮叶在前缘和后缘之间延伸；其中所述一组轮叶限定增大的横截面流动区域或减小的横截面流动区域中的至少一个。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶在从所述前壁延伸到所述后壁的方向上包括所述增大的横截面流动区域或所述减小的横截面流动区域。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶在径向方向上包括所述增大的横截面流动区域或所述减小的横截面区域，所述径向方向与从所述前壁延伸到所述后壁的方向正交。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述一组轮叶限定所述增大的横截面流动区域和所述减小的横截面流动区域两者。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述增大的横截面流动区域邻近所述前壁设置，并且所述减小的横截面流动区域邻近所述后壁设置。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述旋流器进一步包括布置在所述一组轮叶下游的渐缩部分。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括设置在所述渐缩部分下游的突起。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括布置在所述渐缩部分的径向外部的阻尼器。

一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；和旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，所述旋流器包括：前壁、后壁和一组轮叶，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，用于将切向分量给予穿过所述旋流器的一定量流体；其中所述前壁和所述后壁中的至少一个相对于被限定成与所述纵向轴线正交的半径以倾斜角布置。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述前壁和所述后壁两者以所述倾斜角布置。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其中所述倾斜角在通过所述旋流器的流动方向上限定渐缩横截面区域。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括相对于通过所述旋流器的所述流动方向在所述渐缩横截面区域下游的渐扩横截面区域。

根据前述条款中任一项所述的燃料喷嘴和旋流器组件，进一步包括在所述流动方向上在所述渐缩横截面区域上游的渐扩横截面区域。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机，其特征在于，包括：

处于串行流动布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段，所述燃烧器区段包括燃料喷嘴组件，所述燃料喷嘴组件包括：

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴限定燃料通道，所述燃料通道限定纵向轴线；

旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，所述旋流器具有设置在所述旋流器中的轮叶，所述轮叶被构造成将切向分量给予通过所述旋流器提供的空气供应，所述轮叶包括前缘和后缘；

其中所述后缘相对于所述纵向轴线以缩减角布置。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述旋流器进一步包括限定排气通道的径向内壁和径向外壁。

3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述缩减角小于90度并且非零。

4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，其中所述燃料喷嘴终止于所述旋流器的后方。

5.一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，其特征在于，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；和

旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，所述旋流器包括：

前壁，

后壁，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道，和

一组轮叶，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，所述一组轮叶中的每个轮叶包括后缘，所述一组轮叶用于将切向分量给予穿过所述旋流器的一定量的流体；

其中所述后缘相对于所述纵向轴线以缩减角布置。

6.根据权利要求8所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其特征在于，其中所述前壁和所述后壁中的一个以倾斜角布置，其中所述倾斜角相对于与所述纵向轴线正交延伸的半径而被限定。

7.一种用于发动机的燃料喷嘴和旋流器组件，其特征在于，所述燃料喷嘴和旋流器组件包括：

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴包括限定纵向轴线的燃料通道；

旋流器，所述旋流器环绕所述燃料喷嘴，并且包括前壁、后壁，所述后壁与所述前壁间隔开，以在其间限定旋流器通道；和

一组轮叶，所述一组轮叶设置在所述旋流器通道中、在所述前壁和所述后壁之间延伸，所述一组轮叶中的每个轮叶在前缘和后缘之间延伸；

其中所述一组轮叶中的每个轮叶的所述后缘相对于所述纵向轴线以缩减角布置。

8.根据权利要求7所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其特征在于，其中所述一组轮叶限定增大的横截面流动区域或减小的横截面流动区域中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其特征在于，其中所述一组轮叶在径向方向上包括所述增大的横截面流动区域或所述减小的横截面区域，所述径向方向与从所述前壁延伸到所述后壁的方向正交。

10.根据权利要求8所述的燃料喷嘴和旋流器组件，其特征在于，其中所述一组轮叶限定所述增大的横截面流动区域和所述减小的横截面流动区域两者。

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