CN116972412A - 燃烧室结构及航空发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃烧室结构及航空发动机，包括火焰筒、燃烧室机匣、燃油喷嘴、主燃筒、掺混筒以及传动系统，所述传动系统用于调整所述主燃筒的安装位置、角向位置从而控制所述火焰筒内的主燃气流，所述传动系统还用于调整所述掺混筒的安装位置、角向位置从而控制所述掺混筒内的掺混气流。本燃烧室结构设置的传动系统可控制主燃筒的安装位置以及主燃筒的角向位置，以调整第一进气孔相对于燃油喷嘴及气流的位置和进气角度，从而控制主燃气流流动方向，根据不同工况调整以改善燃烧室内燃烧环境。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别地，涉及一种燃烧室结构及航空发动机。
背景技术
燃烧室是航空辅助动力装置上的重要部件之一，燃烧室位于压气机和涡轮之间，压气机增压后的高压空气在燃烧室内与航空煤油充分反应，并为涡轮提供高温高压的燃气。燃烧室的气动和结构设计直接关系到燃烧室的可靠点火和稳定燃烧，从而关系到燃烧室的燃烧效率、出口温度分布等性能参数，直接影响发动机的整机性能。
燃烧室内主要有火焰筒、燃烧室机匣、燃油喷嘴。它的工作原理是：发动机在工作时，压气机提供的全部高压空气经过火焰筒上的小孔流入火焰筒内，与燃油喷嘴喷射的航空煤油混合燃烧，在火焰筒内形成高温高压的燃气，燃气随流通通道输送给涡轮进行功率转换
现有燃烧室结构的主要缺点：
1)燃烧室火焰筒上主燃孔和掺混孔的位置不变。火焰筒上的小孔由主燃孔、掺混孔、发散孔和气膜冷却孔等组成，主燃孔和掺混孔的位置直接影响火焰筒内主燃区和掺混区的区域大小，进而对航空煤油的有效燃烧和掺混起到重要的作用。现有燃烧室的火焰筒上主燃孔和掺混孔的开孔位置无法变化，各发动机工作状态下主燃区和掺混区的区域大小相对变化较小，使得燃烧室的性能无法各状态均达到最优性能；
2)单一结构燃烧室在一个工作循环下的污染物排放难以同时满足一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合物都较低的要求，某些结构燃烧室试验测得一氧化碳高于要求，但氮氧化合物和碳氢化合物都低于要求；某些结构燃烧室试验测得氮氧化合物高于要求，但一氧化碳和碳氢化合物都低于要求；某些结构燃烧室三项都低于要求，但仅略微少一点，一旦性能衰退，恐超标排放，导致对燃烧室结构设计压力大。
发明内容
本发明提供了一种燃烧室结构及航空发动机，以解决现有燃烧室结构主燃区域和掺混区域无法调整适应发动机工作状态的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种燃烧室结构，包括火焰筒、燃烧室机匣、燃油喷嘴、主燃筒、掺混筒以及传动系统，所述传动系统用于调整所述主燃筒的安装位置、角向位置从而控制所述火焰筒内的主燃气流，所述传动系统还用于调整所述掺混筒的安装位置、角向位置从而控制所述掺混筒内的掺混气流。
作为上述技术方案的进一步改进，所述燃烧室结构还包括用于安装所述主燃筒和所述掺混筒的安装座，所述安装座上分别开设有用于限制所述主燃筒的安装位置调整范围的第一安装槽、用于限制所述掺混筒的安装位置调整范围的第二安装槽。
作为上述技术方案的进一步改进，所述传动系统包括设置于所述安装座上的位于所述第一安装槽的一侧的第一转轴和设置于所述安装座上的位于所述第二安装槽的一侧的第二转轴；所述第一转轴通过第一连杆与所述主燃筒连接，所述第一转轴用于受驱动旋转以摆动所述第一连杆从而带动所述主燃筒于所述第一安装槽内移动，所述第一安装槽为弧形槽且弧度与所述第一连杆的摆动弧度匹配；所述第二转轴通过第二连杆与所述掺混筒连接，所述第二转轴用于受驱动旋转以摆动所述第二连杆从而带动所述掺混筒于所述第二安装槽内移动，所述第二安装槽为弧形槽且弧度与所述第二连杆的摆动弧度匹配。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一转轴、所述第二转轴均为齿轮轴；所述主燃筒上同轴固定设置有与所述第一转轴的齿啮合的第一齿轮，所述第一齿轮可沿自身轴线转动的连接于所述第一连杆；所述掺混筒上同轴固定设置有与所述第二转轴的齿啮合的第二齿轮，所述第二齿轮可沿自身轴线转动的连接于所述第二连杆。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一转轴与所述第一齿轮按第一传动比设置；所述第二转轴与所述第二齿轮按第二传动比设置。
作为上述技术方案的进一步改进，所述第一连杆呈第一预设长度，所述第二连杆呈第二预设长度。
作为上述技术方案的进一步改进，所述安装座设置于所述火焰筒上并作为火焰筒封严座。
作为上述技术方案的进一步改进，所述传动系统包括用于驱动所述第一转轴旋转的第一驱动件以及用于驱动所述第二转轴旋转的第二驱动件，或者，所述传动系统包括用于同步驱动所述第一转轴旋转和驱动所述第二转轴旋转的联动驱动件。
作为上述技术方案的进一步改进，所述联动驱动件为齿轮轴，所述传动系统还包括设置于所述第一转轴上的第一齿套筒、设置于所述第二转轴上的第二齿套筒；所述第一齿轮套上设置有用于与所述联动驱动件啮合的齿，所述第二齿轮套上设置有用于与所述联动驱动件啮合的齿。
根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机，应用有以上任一所述的燃烧室结构。
本发明具有以下有益效果：工作状态下，燃烧室结构接收压气机流入的高压空气，高压空气进入火焰筒和燃烧室机匣之间的通道，部分高压空气通过第一进气孔进入主燃筒并从主燃孔进入火焰筒内部，由主燃孔进入火焰筒的高压空气将与由燃油喷嘴雾化的航空煤油发生反应，形成高温高压的燃气，部分高压空气通过第二进气孔进入掺混筒并从掺混孔进入火焰筒内部，由掺混孔进入火焰筒的高压空气将用于高温燃气的掺混，本燃烧室结构设置的传动系统可控制主燃筒的安装位置以及主燃筒的角向位置，以调整第一进气孔相对于燃油喷嘴及气流的位置和进气角度，从而控制主燃气流流动方向，根据不同工况调整以改善燃烧室内燃烧环境；同样的，传动系统可控制掺混筒的安装位置以及掺混筒的角向位置，以调整第二进气孔相对于燃油喷嘴及气流的位置和进气角度，从而控制掺混气流流动方向，根据不同工况适应性调整以改善燃烧室内燃烧环境，适应多工作状态下的进气参数，提高燃烧室的工作性能，有效降低污染物排放，避免了燃烧室主燃区和掺混区区域大小难以调控的问题。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的剖视图；
图2是图1的局部放大图；
图3是本发明优选实施例的火焰筒封严座结构示意图；
图4是本发明优选实施例的第一封严环、第二封严环俯视图；
图5是本发明优选实施例的火焰筒封严盖板俯视图；
图6是本发明优选实施例的机匣封严座俯视图；
图7是本发明优选实施例的传动系统结构示意图；
图8是本发明优选实施例的主燃孔调整前气流方向示意图；
图9是本发明优选实施例的主燃孔调整后气流方向示意图；
10、火焰筒11、喷嘴安装孔12、火焰筒封严座121、第一安装槽122、第二安装槽123、活动槽13、第一封严环131、第一通孔132、第一封严板14、第二封严环141、第二通孔142、第二封严板15、第一转轴16、第二转轴17、火焰筒筒体18、火焰筒封严盖板181、第一通槽182、第二通槽183、第一轴安装孔184、第二轴安装孔20、燃烧室机匣21、喷嘴固定座22、机匣封严座221、第一套筒安装孔222、第二套筒安装孔23、机匣筒体30、燃油喷嘴40、主燃筒41、第一齿轮42、第一进气孔43、主燃孔50、掺混筒51、第二齿轮52、第二进气孔53、掺混孔60、传动系统61、第一连杆62、第一齿套筒63、第二齿套筒64、联动驱动件65、第二连杆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1至图9，本发明的优选实施例提供了一种燃烧室结构，包括火焰筒10、燃烧室机匣20、燃油喷嘴30、主燃筒40、掺混筒50以及传动系统60，传动系统60用于调整主燃筒40的安装位置、角向位置从而控制火焰筒10内的主燃气流，传动系统60还用于调整掺混筒50的安装位置、角向位置从而控制掺混筒50内的掺混气流。
其中，火焰筒10包括火焰筒筒体17，火焰筒筒体17上设置有喷嘴安装孔11，燃烧室机匣20包括机匣筒体23、机匣封严座22以及安装于机匣筒体23上的喷嘴固定座21，燃油喷嘴30安装于喷嘴固定座21上并穿过喷嘴安装孔11；主燃筒40具有第一进气孔42和主燃孔43，第一进气孔42开设于主燃筒40的侧壁；掺混孔53具有第二进气孔52和掺混孔53，第二进气孔52开设于掺混孔53的侧壁；
可以理解的是，工作状态下，燃烧室结构接收压气机流入的高压空气，高压空气进入火焰筒10和燃烧室机匣20之间的通道，部分高压空气通过第一进气孔42进入主燃筒40并从主燃孔43进入火焰筒10内部，由主燃孔43进入火焰筒10的高压空气将与由燃油喷嘴30雾化的航空煤油发生反应，形成高温高压的燃气，部分高压空气通过第二进气孔52进入掺混筒50并从掺混孔53进入火焰筒10内部，由掺混孔53进入火焰筒10的高压空气将用于高温燃气的掺混，本燃烧室结构设置的传动系统60可控制主燃筒40的安装位置以及主燃筒40的角向位置，以调整第一进气孔42相对于燃油喷嘴30及气流的位置和进气角度，从而控制主燃气流流动方向，根据不同工况调整以改善燃烧室内燃烧环境；同样的，传动系统60可控制掺混筒50的安装位置以及掺混筒50的角向位置，以调整第二进气孔52相对于燃油喷嘴30及气流的位置和进气角度，从而控制掺混气流流动方向，根据不同工况适应性调整以改善燃烧室内燃烧环境，适应多工作状态下的进气参数，提高燃烧室的工作性能，有效降低污染物排放，避免了燃烧室主燃区和掺混区区域大小难以调控的问题。
应当理解的是，燃烧室结构的工作状态包括但不限于空载状态、环控引气状态、启动出发状态；
本实施例中，燃烧室结构包括用于安装主燃筒40和掺混筒50的安装座，安装座上分别开设有用于限制主燃筒40的安装位置调整范围的第一安装槽121、用于限制掺混筒50的安装位置调整范围的第二安装槽122，即主燃筒40仅在第一安装槽121的范围内移动、掺混筒50仅在第二安装槽122的范围内移动，其调整范围应当能够与发动机的各工作状态匹配；
其中，本安装座设置于火焰筒10上并作为火焰筒封严座12，火焰筒封严座12上设置有火焰筒封严盖板18；火焰筒封严盖板18内设第一通槽181、第二通槽182、具体的，火焰筒封严座12上开设有活动槽123，用于嵌设第一封严环13和第二封严环14，第一封严环13具有第一封严板132和开设于第一封严板132的第一通孔131，第二封严环14具有第二封严板142和开设于第二封严板142的第二通孔141；火焰筒封严盖板18盖设于火焰筒封严座12上以将第一封严环13、第二封严环14限制于火焰筒封严盖板18和火焰筒封严座12之间并使可于活动槽123内移动，装配时，主燃筒40穿过火焰筒封严盖板18的第一通槽181后穿设于第一封严环13上开设的第一通孔131，掺混筒50穿过火焰筒封严盖板18开设的第二通槽182后穿设于第二封严环14上开设的第二通孔141，即调整主燃筒40安装位置时，第一封严环13随主燃筒40的移动而在活动槽123内移动，实现气体封严，防止漏气，掺混筒50同理。
本实施例中，传动系统60包括设置于安装座上的位于第一安装槽121的一侧的第一转轴15和设置于安装座上的位于第二安装槽122的一侧的第二转轴16，火焰筒封严盖板18上设置有第一轴安装孔183和第二轴安装孔184；第一转轴15通过第一连杆61与主燃筒40连接，第一转轴15用于受驱动旋转以摆动第一连杆61从而带动主燃筒40于第一安装槽121内移动，第一安装槽121为弧形槽且弧度与第一连杆61的摆动弧度匹配；第二转轴16通过第二连杆65与掺混筒50连接，第二转轴16用于受驱动旋转以摆动第二连杆65从而带动掺混筒50于第二安装槽122内移动，第二安装槽122为弧形槽且弧度与第二连杆65的摆动弧度匹配；即驱动第一转轴15转动可带动第一连杆61摆动以带动主燃筒40环第一转轴15方向移动，从而调整了主燃筒40上主燃孔43的朝向和位置，驱动第二转轴16旋转即可带动第二连杆65摆动从而带动掺混筒50环第二转轴16方向移动，从而调整掺混筒50上掺混孔53的朝向和位置；应当理解的是，主燃孔43相对主燃筒40轴向呈一定角度的开设于主燃筒40的底部，使主燃气流朝向其底部一侧流出，主燃筒40环第一转轴15旋转即同时调整了其相对燃烧室结构的安装位置以及主燃孔43的角度，达到控制主燃气流流动方向的功能，改善燃烧室内燃烧的环境，从而提高燃烧室的性能；掺混孔53的设计构造同理；
进一步的，第一转轴15、第二转轴16均为齿轮轴；主燃筒40上同轴固定设置有与第一转轴15的齿啮合的第一齿轮41，第一齿轮41可沿自身轴线转动的连接于第一连杆61；掺混筒50上同轴固定设置有与第二转轴16的齿啮合的第二齿轮51，第二齿轮51可沿自身轴线转动的连接于第二连杆65；即第一转轴15受驱动旋转并使第一连杆61摆动带动主燃筒40移动的同时，旋转的第一转轴15传动至第一齿轮41带动主燃筒40绕自身轴线旋转，进一步调整了主燃孔43的角向位置，改变主燃孔43的角度，进而可根据工作状态对其安装位置、角向位置角度精确控制至匹配，改善燃烧室燃烧环境，提高性能；同理，第二转轴16受驱动旋转并使第二连杆65摆动带动掺混筒50移动的同时，旋转的第二转轴16传动至第二齿轮51带动掺混筒50绕自身轴线旋转，进一步调整了掺混孔53的角向位置，改变掺混孔53的角度，达到控制掺混气流流动方向的功能，改善燃烧室内燃烧的环境，从而提高燃烧室的性能；
应当理解的是，第一转轴15与第一齿轮41按第一传动比设置；第一转轴15与第二齿轮51按第二传动比设置，例如，当第一转轴15为30齿，主燃筒40上的第一齿轮41为15齿时，主燃筒40绕主齿轮轴环向移动24度时，主燃筒40绕自身旋转周向旋转48度，从而在改变主燃筒40位置的同时，进一步调整主燃孔43的角度；
本实施例中，第一连杆61呈第一预设长度，第二连杆65呈第二预设长度，
在一些实施例中，传动系统60包括用于驱动第一转轴15旋转的第一驱动件以及用于驱动第二转轴16旋转的第二驱动件，即分别对应第一转轴15、第二转轴16设置驱动件，分别进行控制。
本实施例中，传动系统60包括用于同步驱动第一转轴15旋转和驱动第二转轴16旋转的联动驱动件64，由一联动驱动件64动作同时驱动第一转轴15和第二转轴16旋转，实现联动控制，根据不同工作状态需求的工作模式匹配设计第一连杆61长度、第二连杆65长度、第一传动比、第二传动比，即可实现联动驱动件64对主燃孔43、掺混孔53的联动控制，联动驱动件64动作下二者进行与目标调整结果匹配的安装位置调整和角向位置调整，使传动系统60结构更为精简、紧凑、合理；
具体的，联动驱动件64为齿轮轴，传动系统60还包括设置于第一转轴15上的第一齿套筒62、设置于第二转轴16上的第二齿套筒63，机匣封严座22内设置有用于穿设第一齿套筒62的第一套筒安装孔221以及用于穿设第二齿套筒63的第二套筒安装孔222；，第一齿套筒62穿过第一套筒安装孔221后与第一连杆61连接，第二齿套筒63穿过第二套筒安装孔222后与第二连杆65连接；第一齿轮41套上设置有用于与联动驱动件64啮合的齿，第二齿轮51套上设置有用于与联动驱动件64啮合的齿，即联动驱动件64旋转带动第一齿轮41套旋转进而带动第一连杆61摆动及带动第一转轴15旋转、同时经第二齿轮51套旋转进而带动第二连杆65摆动及带动第二转轴16旋转，实现共同调节；
进一步的，第一齿轮41套上的齿呈扇形布设，其范围与调节范围匹配，以精简结构及重量；第二齿轮51套上的齿的布设方式同理。
另一方面，本实施例还提供了一种航空发动机，应用有上述的燃烧室结构。
另一方面，本实施例的燃烧室结构也可应用于燃气轮机等需燃油或燃气与空气提前预混的结构中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃烧室结构，其特征在于，包括火焰筒(10)、燃烧室机匣(20)、燃油喷嘴(30)、主燃筒(40)、掺混筒(50)以及传动系统(60)，所述传动系统(60)用于调整所述主燃筒(40)的安装位置、角向位置从而控制所述火焰筒(10)内的主燃气流，所述传动系统(60)还用于调整所述掺混筒(50)的安装位置、角向位置从而控制所述掺混筒(50)内的掺混气流。
2.根据权利要求1所述的燃烧室结构，其特征在于，所述燃烧室结构还包括用于安装所述主燃筒(40)和所述掺混筒(50)的安装座，所述安装座上分别开设有用于限制所述主燃筒(40)的安装位置调整范围的第一安装槽(121)、用于限制所述掺混筒(50)的安装位置调整范围的第二安装槽(122)。
3.根据权利要求2所述的燃烧室结构，其特征在于，所述传动系统(60)包括设置于所述安装座上的位于所述第一安装槽(121)的一侧的第一转轴(15)和设置于所述安装座上的位于所述第二安装槽(122)的一侧的第二转轴(16)；所述第一转轴(15)通过第一连杆(61)与所述主燃筒(40)连接，所述第一转轴(15)用于受驱动旋转以摆动所述第一连杆(61)从而带动所述主燃筒(40)于所述第一安装槽(121)内移动，所述第一安装槽(121)为弧形槽且弧度与所述第一连杆(61)的摆动弧度匹配；所述第二转轴(16)通过第二连杆(65)与所述掺混筒(50)连接，所述第二转轴(16)用于受驱动旋转以摆动所述第二连杆(65)从而带动所述掺混筒(50)于所述第二安装槽(122)内移动，所述第二安装槽(122)为弧形槽且弧度与所述第二连杆(65)的摆动弧度匹配。
4.根据权利要求3所述的燃烧室结构，其特征在于，所述第一转轴(15)、所述第二转轴(16)均为齿轮轴；所述主燃筒(40)上同轴固定设置有与所述第一转轴(15)的齿啮合的第一齿轮(41)，所述第一齿轮(41)可沿自身轴线转动的连接于所述第一连杆(61)；所述掺混筒(50)上同轴固定设置有与所述第二转轴(16)的齿啮合的第二齿轮(51)，所述第二齿轮(51)可沿自身轴线转动的连接于所述第二连杆(65)。
5.根据权利要求4所述的燃烧室结构，其特征在于，所述第一转轴(15)与所述第一齿轮(41)按第一传动比设置；所述第二转轴(16)与所述第二齿轮(51)按第二传动比设置。
6.根据权利要求3-5任一项所述的燃烧室结构，其特征在于，所述第一连杆(61)呈第一预设长度，所述第二连杆(65)呈第二预设长度。
7.根据权利要求3-5任一项所述的燃烧室结构，其特征在于，所述安装座设置于所述火焰筒(10)上并作为火焰筒封严座(12)。
8.根据权利要求3-5任一项所述的燃烧室结构，其特征在于，所述传动系统(60)包括用于驱动所述第一转轴(15)旋转的第一驱动件以及用于驱动所述第二转轴(16)旋转的第二驱动件，或者，所述传动系统(60)包括用于同步驱动所述第一转轴(15)旋转和驱动所述第二转轴(16)旋转的联动驱动件(64)。
9.根据权利要求8所述的燃烧室结构，其特征在于，所述联动驱动件(64)为齿轮轴，所述传动系统(60)还包括设置于所述第一转轴(15)上的第一齿套筒(62)、设置于所述第二转轴(16)上的第二齿套筒(63)；所述第一齿轮(41)套上设置有用于与所述联动驱动件(64)啮合的齿，所述第二齿轮(51)套上设置有用于与所述联动驱动件(64)啮合的齿。
10.一种航空发动机，其特征在于，应用有权利要求1-9任一项所述的燃烧室结构。
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| CN202310604959.5A CN116972412A (zh) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 燃烧室结构及航空发动机 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| CN116972412A true CN116972412A (zh) | 2023-10-31 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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2023
- 2023-05-26 CN CN202310604959.5A patent/CN116972412A/zh active Pending
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