CN116517701A - 一种供油冷却一体化的点火系统及燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供油冷却一体化的点火系统及燃烧室，包括值班火焰稳定器、若干射流振荡器、燃油系统，值班火焰稳定器包括V型板、两个平直板、连接两个平直板的封板，平直板内部中空，且平直板前端设置若干通孔用于连通平直板内部空腔与外部，平直板后端开口；射流振荡器包括进口和与平直板内部连通的出口，射流振荡器的进出口所在直线垂直于平直板所在平面，平直板设置出射口用于射流振荡器的出口与外部连通，且出射口长宽小于射流振荡器的出口长宽；燃油系统包括向射流振荡器的进口喷入燃油的燃油喷嘴。通过射流振荡器的自激振荡作用，当射流振荡器出口的燃油偏转角度较大时，燃油冲击平直段夹层外侧，对稳定器平直板两侧外壁面冷却降温。

Description

一种供油冷却一体化的点火系统及燃烧室

技术领域

本发明涉及航空动力推进系统，具体是涉及一种供油冷却一体化的点火系统及燃烧室。

背景技术

随着先进航空动力推进系统的不断发展，为达到更大的推重比，涡轮前温度明显升高，使得进入加力燃烧室的来流温度大大提高。加力燃烧室的来流温度和供油条件对燃烧室内燃烧效率、温度分布和气体组分都有重要影响，而火焰稳定器是确保燃烧室内燃料混合和稳定性的关键组件。

在高速高温条件下，燃料的喷射和混合需要精确控制，以确保燃烧的稳定性和完全性。在设计加力燃烧室时，需要仔细考虑供油系统的设计和优化，以提高燃烧效率和发动机性能。目前，为了缩短燃烧室长度、减轻发动机重量、降低流动损失，在部分先进燃烧室内已将喷油杆与稳定器一体化设计。但是，考虑到发动机宽范围工作条件，往往需要分区、分压供油，而且垂直于稳定器两侧喷射的燃油径向分布受直射式喷嘴数量及布局影响较大。

在高速高温环境下，火焰稳定器容易受到热应力的影响从而导致失效，目前应用在稳定器上的耐高温合金材料熔点远低于火焰温度，因此在理想材料研制出之前必须采用一定的冷却技术来提高火焰稳定器的寿命。气冷和油冷是目前应用于航空发动机高温部件冷却的两种冷却技术。对于某些新型发动机，传统的空气冷却技术已经不能满足需求，油冷技术则成为了发展的趋势，油冷技术的好坏直接影响到发动机的燃烧效率和排放性能。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种提高火焰稳定器寿命、改善燃烧室燃烧效率的供油冷却一体化的点火系统及燃烧室。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种供油冷却一体化的点火系统，包括值班火焰稳定器、设置于值班火焰稳定器上的若干射流振荡器、燃油系统，所述值班火焰稳定器包括两个边呈锐角的V型板、分别连接于V型板两边的两个平直板、连接两个平直板的封板，所述平直板内部中空，且平直板与V型板连接处设置若干通孔，通孔连通平直板内部空腔与外部，所述平直板与封板连接处设置开口；所述射流振荡器包括进口和出口，射流振荡器的进口和出口所在直线垂直于平直板所在平面，所述射流振荡器的出口与平直板连接，并与平直板内部连通，平直板对应射流振荡器的出口设置出射口，出射口用于射流振荡器的出口与平直板外侧的值班区连通，且出射口尺寸小于射流振荡器的出口尺寸；所述燃油系统包括燃油喷嘴，燃油喷嘴用于向射流振荡器的进口喷入燃油。

进一步的，所述V型板的内部中空并与平直板内部连通。所述V型板两边夹角范围为30°-60°。所述射流振荡器两两对称分布，对称分布的两个射流振荡器的进口相连通，且出口分别连接于两个平直板。

进一步的，所述射流振荡器包括依次设置的进口、进口喉道、主通道、出口喉道、出口，对称设置于主通道左右两侧的左反馈通道和右反馈通道，左反馈通道和右反馈通道两端均与进口喉道和主通道连通。所述平直板的出射口为矩形，出射口长宽大于射流振荡器的出口喉道长宽。

进一步的，所述进口喉道宽度与进口宽度比为1:2.3-2.8；所述进口喉道宽度与左反馈通道或右反馈通道宽度比为1:1-1.3；所述左反馈通道与右反馈通道宽度比为1:1；所述进口喉道宽度与主通道进口、出口宽度比为1:1.3-1.8:4-5；所述进口喉道宽度与出口喉道宽度比为1:1；所述进口喉道宽度与出口宽度比为1:1.3-1.8；所述进口到进口喉道距离与左反馈通道或右反馈通道长度比为1:2.3-2.8；所述进口到进口喉道距离与出口喉道到出口距离比为1:0.5-1。

进一步的，所述燃油系统包括位于两个平直板之间上下延伸的喷油杆，喷油杆由上至下依次设置若干分油杆，分油杆连接对称分布的两个射流振荡器的进口，所述分油杆连接喷油杆一端截面为圆形，分油杆连接射流振荡器一端截面为六边形。

本发明还提供一种采用上述点火系统的燃烧室。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是：通过射流振荡器的自激振荡作用，当通过射流振荡器出口的燃油偏转角度较大时，燃油冲击平直段夹层外侧，对稳定器平直板两侧外壁面冷却降温；燃油冲击稳定器平直板两侧外壁的同时进行雾化蒸发，通过内部中空夹层前端的通气孔被气流吹出，在稳定器后方回流区的卷吸作用下进一步掺混均匀，增加稳定器后方燃油浓度，有利于火焰稳定。当燃油从振荡器出口喷出且基本没有偏转时，燃油沿稳定器平直板的矩形出射口垂直于稳定器两侧喷出，保证燃烧室内的燃油浓度分布。当燃油从振荡器出口喷出且偏转角度较小时，燃油沿稳定器平直段的矩形喷孔上下边缘喷出，可以改善燃烧室内燃油径向浓度分布不均匀的问题。

附图说明

图1为本发明中点火控制装置的整体结构示意图；

图2为本发明中火焰稳定器主体结构示意图；

图3为本发明中射流振荡器与燃油系统连接的结构示意图；

图4为本发明中单对射流振荡器连接喷油杆的结构示意图；

图5为本发明中射流振荡器出口燃油不同喷射角度示意图；

图6为本发明中火焰稳定器的工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中一种供油冷却一体化的点火系统，包括值班火焰稳定器1、设置于值班火焰稳定器上的若干射流振荡器2、燃油系统3；燃油系统3包括垂直于值班火焰稳定器1上端面插入的燃油系统喷油杆31，连接喷油杆31主油路和射流振荡器2的四段分油杆32，分油杆32连接相背布置且进口相通的四对射流振荡器2，值班火焰稳定器1平直板两侧对称布置的八个矩形燃油喷孔出射口，以及用于平直板夹层冷却燃油吹出的若干通孔。

如图2所示，值班火焰稳定器1包括两个边呈锐角的V型板11、分别连接于V型板两边的两个平直板12、连接两个平直板的封板13；V型板11、平直板12和封板13围绕形成空腔；喷油杆31插入值班火焰稳定器1的空腔内，V型板11两边夹角形成的夹角范围为30°-60°，在本实施例中采用60°；V型板与平直板12通过焊接连接，且V型板11的高度与平直板12的高度相同为100mm，V型板两端之间的距离，即两个平直板之间的距离为40mm；平直板长度为60mm；平直板内部中空夹层的厚度范围为1-2mm，在本实施例中采用1.5mm的夹层，平直板与V型板连接处设置若干通孔14，在本实施例中夹层前端具有32个与来流燃气方向平行的通孔，每个射流振荡器两侧分布4个通孔；夹层后端完全开放用于燃油吹出；平直板两侧对称布置8个用于射流振荡器的出口的燃油喷射的矩形出射口15；矩形出射口15长宽尺寸大于射流振荡器出口喉道长宽尺寸且小于射流振荡器出口长宽尺寸。

如图3和图4所示，燃油系统3包括主油路的喷油杆31、主油路喷油杆31与射流振荡器连接部分的分油路的分油杆32；主油路的喷油杆31垂直固定；射流振荡器两个一组相背布置且进口连通均与分油杆32连接，分油杆32燃油喷射方向通过两个射流振荡器的进口沿相反方向喷射，射流振荡器的进口和出口所在直线垂直于平直板所在平面。主油路的喷油杆31为直径6-8mm油管，在本实施例中采用6mm油管；分油路的分油杆32为六边形(连接射流振荡器)到圆形(连接主油路喷油杆)的转接段，通过焊接分别与射流振荡器和喷油杆31连接。

射流振荡器包含进口21、进口喉道22、主通道23、左反馈通道24、右反馈通道25、出口喉道26和出口27。进口喉道22宽度与进口21宽度比为1:2.3-2.8；进口喉道宽度与左反馈通道或右反馈通道宽度比为1:1-1.3；左反馈通道与右反馈通道宽度比为1:1；进口喉道宽度与主通道进口、出口宽度比为1:1.3-1.8:4-5；进口喉道宽度与出口喉道宽度比为1:1；进口喉道宽度与出口宽度比为1:1.3-1.8。进口到进口喉道距离与左反馈通道或右反馈通道长度比为1:2.3-2.8；进口到进口喉道距离与出口喉道到出口距离比为1:0.5-1。燃油系统包含射流振荡器对和燃油管路。射流振荡器进口与进口平行连接，通过振荡器出口燃油沿相反方向喷射。

如图5所示，射流振荡器出口燃油不同喷射角度示意图；通过射流振荡器的自激振荡作用，当燃油从振荡器出口喷出且偏转角度较大时，部分燃油冲击平直板夹层远离射流振荡器一侧，对值班火焰稳定器外壁面冷却降温，同时燃油冲击雾化蒸发；当燃油从振荡器出口喷出且偏转角度较小或基本没有偏转时，燃油沿稳定器平直段的矩形孔垂直于稳定器两侧喷出，保证燃烧室内的燃油浓度分布，且角度偏转较小时的燃油喷出改善了燃油浓度的径向分布。

如图6所示，通孔吹出燃油示意图；燃油冲击值班火焰稳定器平直板内部壁面的同时进行雾化蒸发，被来自夹层前端的通气孔的气流吹出，在值班火焰稳定器后方回流区的卷吸作用下进一步掺混均匀，增加稳定器后方燃油浓度，有利于火焰稳定。解决了现有技术中，钝体火焰稳定器在高温来流中容易烧蚀、喷油杆容易结焦堵塞且燃烧室径向燃油分布不均匀、部分工作条件下稳定器后方燃油浓度低的问题，降低稳定器两侧壁温、增大稳定器后方燃油浓度，改善燃烧室燃油径向浓度分布，进而提高稳定器工作可靠性、提高燃烧室燃烧效率。

Claims (10)

1.一种供油冷却一体化的点火系统，其特征在于，包括值班火焰稳定器(1)、设置于值班火焰稳定器上的若干射流振荡器(2)、燃油系统(3)，所述值班火焰稳定器(1)包括两个边呈锐角的V型板(11)、分别连接于V型板两边的两个平直板(12)、连接两个平直板的封板(13)，所述平直板(12)内部中空，且平直板与V型板连接处设置若干通孔(14)，通孔(14)连通平直板内部空腔与外部，所述平直板与封板连接处设置开口；所述射流振荡器(2)包括进口(21)和出口(27)，射流振荡器的进口和出口所在直线垂直于平直板所在平面，所述射流振荡器的出口与平直板连接，并与平直板内部连通，平直板对应射流振荡器的出口设置出射口(15)，出射口(15)用于射流振荡器的出口与平直板外侧的值班区连通，且出射口尺寸小于射流振荡器的出口尺寸；所述燃油系统(3)包括喷油杆(31)，喷油杆(31)用于向射流振荡器的进口喷入燃油。

2.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，两个平直板(12)所在平面相互平行；所述平直板(12)内部中空厚度范围为1-2mm。

3.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述V型板(11)的内部中空并与平直板(12)内部连通。

4.根据权利要求1或3所述的点火系统，其特征在于，所述V型板(11)两边形成的夹角范围为30°-60°。

5.根据权利要求1所述的点火系统，其特征在于，所述射流振荡器两两对称分布，对称分布的两个射流振荡器的进口相连通，且出口分别连接于两个平直板。

6.根据权利要求5所述的点火系统，其特征在于，所述射流振荡器包括依次设置的进口(21)、进口喉道(22)、主通道(23)、出口喉道(26)、出口(27)，对称设置于主通道左右两侧的左反馈通道(24)和右反馈通道(25)，左反馈通道和右反馈通道两端均与进口喉道和主通道连通。

7.根据权利要求6所述的点火系统，其特征在于，所述平直板(12)的出射口(15)为矩形，出射口(15)长宽大于射流振荡器的出口喉道(26)长宽，出射口长宽小于射流振荡器的长宽。

8.根据权利要求6所述的点火系统，其特征在于，所述进口喉道宽度与进口宽度比为1:2.3-2.8；所述进口喉道宽度与左反馈通道或右反馈通道宽度比为1:1-1.3；所述左反馈通道与右反馈通道宽度比为1:1；所述进口喉道宽度与主通道进口、出口宽度比为1:1.3-1.8:4-5；所述进口喉道宽度与出口喉道宽度比为1:1；所述进口喉道宽度与出口宽度比为1:1.3-1.8；所述进口到进口喉道距离与左反馈通道或右反馈通道长度比为1:2.3-2.8；所述进口到进口喉道距离与出口喉道到出口距离比为1:0.5-1。

9.根据权利要求5所述的点火系统，其特征在于，所述燃油系统(3)包括位于两个平直板之间上下延伸的喷油杆(31)，喷油杆由上至下依次设置若干分油杆(32)，分油杆连接对称分布的两个射流振荡器的进口，所述分油杆连接喷油杆一端截面为圆形，分油杆连接射流振荡器一端截面为六边形。

10.一种燃烧室，其特征在于，包含如权利要求1-9任一所述的点火系统。