CN117109035A - 一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，包括燃烧室外壳体、火焰筒和扩压器，所述扩压器设置在所述燃烧室外壳体的前端并与所述燃烧室外壳体连接，所述扩压器的流通截面沿进气方向渐增，所述扩压器的末端设置有可转动的旋流器，所述旋流器在进气吹动下转动，所述旋流器在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的一部分。本发明通过设置的旋流器可根据入口气流流速自适应变化转速改变阻塞比，配合逐扩的扩压器，使得燃烧室得以适应不同入口速度条件，且有抗速度畸变，效减少压力损失，稳定流场，稳定燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧室，特别是涉及一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室。
背景技术
航空发动机的主要部件包括压气机、燃烧室和涡轮，由于从压气机出口的气流马赫数一般在0.2~0.3之间，高速的气流直接进入燃烧室的火焰筒后很难进行充分的燃烧，同时也会造成总压损失，对发动机的经济效益以及动力都会带来不好的影响。
扩压器作为燃烧室的重要部件，设置在压气机与火焰筒入口的连接处用于降低高速气流带来的影响。通过将燃烧室头部的动压有效转化成静压，以降低进口处气流进入火焰筒的速度，提高火焰筒的静压，起到减少燃烧室的总压损失的作用。在减小流速的同时增大压力，以实现燃烧室内的充分燃烧。在燃烧室的设计过程中，对燃烧室的扩压器的具体要求如下：1）尽可能减少总压损失，进一步提高推力；2）具有抗畸变的能力，对压气机出口流场变化不敏感；3）尽可能减小扩压器尺寸，以减少发动机总体尺寸及重量；4）扩压器出口气流在周向和径向上均匀稳定。
现有技术的扩压器有直壁扩压器，它是沿流体流动的方向逐渐平缓增加流通截面，使气流速度逐渐降低，静压缓慢上升，还有短突扩扩压器能进一步降低气流速度，但是其也存在总压损失大、气流分离消耗了大部分能量等缺点。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，目的是实现抗速度畸变，减小总压损失，使燃烧室内稳定燃烧。
本发明技术方案如下：一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，包括燃烧室外壳体、火焰筒和扩压器，所述扩压器设置在所述燃烧室外壳体的前端并与所述燃烧室外壳体连接，所述扩压器的流通截面沿进气方向渐增，所述扩压器的末端设置有可转动的旋流器，所述旋流器在进气吹动下转动，所述旋流器在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的一部分。
进一步地，所述扩压器的扩张角为6°～12°。为了保证减速增压效果，扩张角过小则必须加长扩压器，扩压器壁面摩擦导致总压损失高且结构质量显著增大，若扩张角增加，边界层分离则导致较大的失速损失。
进一步地，所述旋流器在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的面积的15%～50%。
进一步地，所述扩压器的末端位于所述旋流器的外周设有若干用于阻挡气流的延伸挡板。
进一步地，所述旋流器以及所述延伸挡板在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的面积的15%～50%。
进一步地，所述旋流器的转动平面与所述扩压器的流通截面平行设置。
进一步地，所述延伸挡板与所述扩压器的流通截面平行设置。
进一步地，所述旋流器包括转轴和旋流叶片，所述旋流叶片的倾角为15°～60°。
进一步地，所述旋流叶片为5～8片。
进一步地，所述扩压器为直壁扩压器。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明通过在与燃烧室外壳体连接的扩压器末端设置可转动的旋流器，从压气机出口留出的高速气流进入扩压器后，气流在流经扩压器中的旋流器时，旋流器随之快速转动，增大了阻塞比，由此对来流进行减速加压，提高火焰筒进口静压，保证扩压器后方出口处流场稳定，达到减小总压损失的效果，改善压气机出口气流的畸变程度，同时稳定了燃烧室内的火焰燃烧。
本发明的有益效果具体为一方面，扩压器的类似于气动扩压器，是直壁扩压通道，沿着气流前进的方向逐渐平缓增加流通截面，使气流速度逐渐降低，静压缓慢上升，得到有效的减速增压。另一方面，可转动的旋流器，当面对较大的入口气流速度时，旋流器也会相应地快速转动，其阻塞比也随之增大，相应地减少了扩压器的出口气流，在面对较小的入口气流速度时，旋流器也会相应地慢速转动，其阻塞比也随之减小，相应地减少了扩压器的出口气流的减少，维持较大的流量，这样可以使流过旋流器的流量一直稳定在一个范围内，使得燃烧室得以适应不同入口速度条件，且有效减少压力损失，稳定流场，稳定燃烧。另外，在扩压器中加入旋流器后，由于主要通过旋流器来达到减速增压的效果，因此扩压器的长度可以尽量缩短，以减小发动机的长度和质量。
附图说明
图1为实施例的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室的结构示意图。
图2为图1的A处局部示意图。
图3为旋流器及延伸挡板在扩压器的流通截面的投影示意图。
图4为自适应抗速度畸变扩压器的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1至图3所示，本实施例所涉及的一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室包括燃烧室外壳体1、火焰筒2和扩压器3，火焰筒2位于燃烧室外壳体1内。在燃烧室外壳体1的前端，也就是燃烧室外壳体1上与火焰筒2的前端入口对应的位置设置有扩压器3。
本实施例中该扩压器3为直壁扩压器，扩压器3的四周壁面围合形成一个进气通道，该气流通道的流通截面大致呈矩形。气流通道的流通截面沿着气流方向逐渐增大，换句话说扩压器3为扩口结构。扩压器3的上下壁面3a间形成一个夹角为扩张角，基于扩压器3长度以及对气流压损失额影响考虑，扩张角可设置为6°～12°。
在扩压器3的末端，也就是扩压器3与燃烧室外壳1的连接位置设置有可转动的旋流器4。在旋流器4的后方可以设置支架以用于连接旋流器4的转轴4a，支架在图上未示出，应当指出的是，与一般轴流风扇类似，支架连接在扩压器1的壁面上主要用于支撑旋流器4，旋流器4的转轴4a与支架转动连接。
在旋流器4的转轴4a的周侧一般设置5～8片旋流叶片4b，旋流叶片4b的倾角根据需要控制的阻塞比不同可设置为15°～60°。本实施例中设置了6片倾角为45°的旋流叶片4b，另外本实施例中旋流器4的转轴4a平行于扩压器3的轴线设置，也就是旋流器4的转动平面与扩压器3的流通截面平行设置。旋流器4在扩压器3的流通截面上的投影占流通截面的一部分。如此在旋流器4在进气吹动下转动，气流在流经扩压器3中的旋流器4时，旋流器4随之快速转动，增大了阻塞比，由此对来流进行减速加压，保证扩压器3后方出口处流场稳定，同时稳定了燃烧室内的火焰燃烧。
作为优选的实施例，本实施例在扩压器3的末端位于旋流器4的外周设有若干用于阻挡气流的延伸挡板5，也就是说在旋流器4未明显影响的扩压器3的流通截面的边角位置设置延伸挡板5。延伸挡板5也与扩压器3的流通截面平行设置，旋流器4以及延伸挡板5在扩压器3的流通截面上的投影占流通截面的面积的15%～50%。通过旋流器4以及延伸挡板5各自对气流的阻碍作用，使得阻塞比为15%～50%。
请结合图4所示，从压气机出口的高速气流进入扩压器3后，大部分动压转化为静压，使扩压器3得到有效的减速增压。气流流动到扩压器3尾端后，与旋流器4相接触，一部分空气被延伸挡板5所挡住，大大降低了气流速度，另一部分空气经旋流叶片4b旋转之后，阻塞比增加，在扩压器3出口处形成均匀而稳定的流动。
当面对压气机出口的高速气流时，旋流器4可以随之自适应快速转动，形成相对应的阻塞比，以此降低总压损失。这一设计一是可以改善压气机出口气流的畸变程度，在所有的工况下稳定运行；二是在扩压器3出口形成均匀而稳定的流动，增强了出口流场抗畸变能力，使燃烧室内燃烧稳定性以及效率大大提升。此外，通过加入旋流器这一装置，可以大大缩短扩压器3的长度，以减小发动机长度和质量。
Claims (10)
1.一种具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，包括燃烧室外壳体、火焰筒和扩压器，所述扩压器设置在所述燃烧室外壳体的前端并与所述燃烧室外壳体连接，所述扩压器的流通截面沿进气方向渐增，所述扩压器的末端设置有可转动的旋流器，所述旋流器在进气吹动下转动，所述旋流器在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的一部分。
2.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述扩压器的扩张角为6°～12°。
3.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述旋流器在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的面积的15%～50%。
4.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述扩压器的末端位于所述旋流器的外周设有若干用于阻挡气流的延伸挡板。
5.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述旋流器以及所述延伸挡板在所述扩压器的流通截面上的投影占所述流通截面的面积的15%～50%。
6.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述旋流器的转动平面与所述扩压器的流通截面平行设置。
7.根据权利要求5所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述延伸挡板与所述扩压器的流通截面平行设置。
8.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述旋流器包括转轴和旋流叶片，所述旋流叶片的倾角为15°～60°。
9.根据权利要求8所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述旋流叶片为5～8片。
10.根据权利要求1所述的具有自适应抗速度畸变扩压器的燃烧室，其特征在于，所述扩压器为直壁扩压器。
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