CN117685586A - 燃料喷射装置、燃烧室及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料喷射装置、燃烧室及航空发动机，属于航空发动机技术领域。燃料喷射装置用于航空发动机的燃烧室，燃料喷射装置包括喷射端，喷射端设置有主燃级喷射孔和次燃级喷射孔，主燃级喷射孔位于次燃级喷射孔的外周侧，次燃级喷射孔的喷射方向朝向次燃级喷射孔的外周侧倾斜。上述结构设置使得次燃级喷射孔喷射的次燃级燃料朝向主燃级回流气体喷射，并随主燃级回流气体运动至点火装置附近，提高了次燃级燃料被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料被倾斜喷射，扩大了次燃级燃料的扩散范围，拓宽了次燃级点火边界，降低了点火系统的能量需求。

Description

燃料喷射装置、燃烧室及航空发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种燃料喷射装置、燃烧室及航空发动机。

背景技术

目前，航空发动机特别是航空涡轮发动机主要以航空煤油为燃料，航空煤油是一种典型的高碳比碳氢类化石燃料，其燃烧后所排放的尾气，是高空CO₂和各类污染物的主要来源。为减少CO₂的排放，航空发动机的燃料开始由航空煤油向各类清洁能源过渡，最理想的清洁能源是氢，理论上可以实现零碳排放。氢相对于其它液态或气态碳氢燃料，具有来源丰富、质量轻、能量密度高、绿色环保、储存方式与利用形式多样等特点，其完全燃烧后的产物为水，不会造成环境污染，但相应地，氢在燃烧特性上有扩散性强、易燃易爆、储存要求高等特点，这些特点有利于氢作为燃料在航空发动机上的推广使用。

现有的航空发动机的燃料喷射装置并不适用于氢气的喷射、点火和火焰稳定。现有技术中，航空发动机的燃烧室内设有燃料喷射装置，燃料喷射装置通常设置中心分级喷射，即分别喷射主燃级燃料和次燃级燃料。在燃烧室内部，通常主燃级气流旋转形成低速回流气流区，用于稳定燃料燃烧的火焰。传统的中心分级燃烧室中，次燃级燃料仅在点火、低工况下喷射，用于形成燃烧室内初始高温区，并引燃工况升高后喷射的主燃级燃料。次燃级燃料喷射孔一般位于喷射装置的中心，通过离心喷嘴使液体燃油产生高速切向运动的离心力，形成喷雾并向喷射装置外周方向喷射，此种喷射方式导致点火时次燃级燃料喷射后需要穿过主燃级气流到达到点火装置附近，但容易因次燃级燃料喷射的初始动量不足或主燃级气流速度过快，导致到达点火装置附近的燃料较少、可燃条件不佳而降低点火成功率，需要反复启用点火系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了提高现有技术中航空发动机燃烧室燃料喷射装置的次燃级燃料的点火成功率，提供一种燃料喷射装置、燃烧室及航空发动机。

本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种燃料喷射装置，所述燃料喷射装置用于航空发动机的燃烧室，所述燃料喷射装置包括：

喷射端，所述喷射端设置有主燃级喷射孔和次燃级喷射孔，所述主燃级喷射孔位于所述次燃级喷射孔的外周侧，所述次燃级喷射孔的喷射方向朝向所述次燃级喷射孔的外周侧倾斜。

在本方案中，燃料喷射装置的喷射端的主燃级喷射孔位于次燃级喷射孔的外周侧，次燃级喷射孔的喷射方向朝向次燃级喷射孔的外周侧倾斜，使得次燃级喷射孔喷射的次燃级燃料朝向主然级喷射孔喷射的主燃级燃料喷射，并随主燃级回流气体运动至点火装置附近，提高了次燃级燃料被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料被倾斜喷射，扩大了次燃级燃料的扩散范围，拓宽了次燃级点火边界，降低了点火系统的能量需求。

优选地，所述喷射端包括喷射面板，所述喷射面板上设有所述次燃级喷射孔，所述主燃级喷射孔环设于所述喷射面板的外周侧，所述次燃级喷射孔的喷射方向相对所述喷射面板的轴线方向倾斜并朝向所述喷射面板的外周侧。

在本方案中，喷射面板结构简单，便于加工和安装；各次燃级喷射孔位于喷射面板上，次燃级燃料从同一平面被喷射出，有利于次燃级燃料的均匀喷射；主燃级喷射孔位于喷射面板的外周侧，方便次燃级燃料被主燃级回流气体带动至点火装置附近，提高次燃级燃料被点燃的成功率。

优选地，所述喷射面板上设有次燃级空气孔，所述次燃级空气孔设于所述次燃级喷射孔的内周侧和/或所述次燃级喷射孔的外周侧。

在本方案中，次燃级空气孔用于喷射次燃级空气，流经次燃级喷射孔的次燃级空气可以对喷射面板进行降温，避免高温火焰对喷射面板造成损伤，延长喷射面板的使用寿命，同时提高燃料喷射装置的工作安全性能。

优选地，所述燃料喷射装置还包括筒状的次燃级喷射件，所述次燃级喷射件的一端盖设有所述喷射面板，所述次燃级喷射件内设有筒状的次燃级燃料腔室，所述次燃级喷射孔连通于所述次燃级燃料腔室，多个所述次燃级喷射孔在所述喷射面板上环状分布。

在本方案中，次燃级燃料腔室为筒状，有利于次燃级燃料均匀分布于次燃级燃料腔室；喷射面板上的环状分布的次燃级喷射孔与筒状的次燃级燃料腔室对应连通，次燃级燃料通过次燃级喷射孔均匀喷出，有利于次燃级燃料的扩散和点燃，形成温度较均匀的次燃级火焰。

优选地，所述次燃级喷射件包括次燃级内环壁和次燃级外环壁，所述次燃级外环壁设于所述次燃级内环壁的外周侧，所述次燃级燃料腔室位于所述次燃级外环壁和所述次燃级内环壁之间。

在本方案中，通过次燃级外环壁和次燃级内环壁围设出筒状的次燃级燃料腔室，筒状的次燃级燃料腔室对次燃级燃料进行导流和分散，并经次燃级喷射孔进行喷出。

优选地，所述喷射面板设有第一次燃级空气孔和第二次燃级空气孔，所述燃料喷射装置内设有第一次燃级空气腔室和第二次燃级空气腔室，所述第一次燃级空气腔室连通所述第一次燃级空气孔，所述第二次燃级空气腔室连通所述第二次燃级空气孔；

在所述燃料喷射装置的径向方向上，所述第一次燃级空气腔室、所述次燃级燃料腔室，所述第二次燃级空气腔室由内向外依次布置。

在本方案中，次燃级燃料腔室的内周侧和外周侧分别设有第一次燃级空气腔室和第二次燃级空气腔室，第一次燃级空气腔室内的第一次燃级空气和第二次燃级空气腔室内的第二次燃级空气分别经第一次燃级空气孔和第二次燃级空气孔喷出，第一次燃级空气和第二次燃级空气在喷出过程中可对喷射面板进行降温，避免高温火焰对喷射面板造成损伤。

优选地，所述燃料喷射装置还包括筒状的主燃级喷射件，所述主燃级喷射件套设于所述次燃级喷射件的外周侧，所述主燃级喷射件内设有筒状的主燃级燃料腔室，所述主燃级喷射件设有连通于所述主燃级燃料腔室的主燃级喷射孔。

在本方案中，主燃级燃料腔室内的主燃级燃料经主燃级喷射孔喷出，主燃级燃料喷射后形成主燃级油雾，随主燃级空气向下游运动，发生蒸发、混合，形成主燃级混合气体，并环向分布于次燃级火焰的外周侧，对次燃级火焰形成包围，方便次燃级火焰引燃主燃级燃料。

优选地，所述主燃级喷射件的一端连接于所述喷射面板的外周边缘，所述主燃级喷射件包括主燃级内环壁和设于所述主燃级内环壁的外周侧的主燃级外环壁，所述主燃级燃料腔室位于所述主燃级外环壁和所述主燃级内环壁之间，所述第二次燃级空气腔室位于所述主燃级内环壁和所述次燃级外环壁之间。

在本方案中，主燃级喷射件环向连接于喷射面板的外周侧，对次燃级喷射件形成了包围，且第二次燃级空气腔室将主燃级燃料腔室和次燃级燃料腔室分隔开，同时通过主燃级外环壁和主燃级内环壁围设出筒状的主燃级燃料腔室，可以方便对主燃级燃料进行导流，并经主燃级喷射孔喷出。

优选地，多个所述次燃级喷射孔，和/或，多个所述第一次燃级空气孔，和/或，多个所述第二次燃级空气孔均以若干环的排列形式设置于所述喷射面板上且沿所在环均匀分布。

在本方案中，次燃级喷射孔、第一次燃级空气孔和第二次燃级空气孔在喷射面板上设置为环状的排列形式，使得次燃级燃料和次燃级空气能够扩散式喷射，即喷射点的选取和布置本身就具有一定的扩散作用，且在每一环上均匀分布，方便次燃级燃料和空气的均匀喷射，当设置为多环时，环环相套间隔设置，进一步增大次燃级燃料的喷射均匀程度和扩大次燃级燃料的喷射范围，提高次燃级燃料的点燃成功率、降低次燃级火焰温度、减少高温引起其它污染物排放。

优选地，所述次燃级喷射孔的轴线与所述喷射面板的轴线之间所形成的锐角的角度为20°-60°。

在本方案中，次燃级喷射孔的轴线与喷射面板的轴线之间所形成的锐角的角度为20°-60°，使得喷射出的次燃级燃料具有较大的扩散范围，方便进入主燃级回流气体并随主燃级回流气体运动至点火装置附近，进而被点火装置点燃。

优选地，所述燃料喷射装置还包括筒状的外罩体，所述外罩体套设于所述主燃级喷射件的外周侧，所述外罩体与所述主燃级喷射件之间围设出主燃级空气腔室，所述主燃级喷射孔沿所述主燃级喷射件的外周侧设置，所述主燃级喷射孔的开口朝向并连通于所述主燃级空气腔室。

在本方案中，外罩体套设于主燃级喷射件的外周侧，对主燃级喷射件和次燃级喷射件形成包围，并对其内部结构起到支撑作用；外罩体和主燃级喷射件之间具有主燃级空气腔室，主燃级喷射孔连通于主燃级空气腔室，且开口朝向主燃级空气腔室，使得主燃级燃料朝向主燃级空气腔室进行喷射，有利于主燃级燃料的蒸发并与主燃级空气混合，形成较均匀的燃料-空气混合物即主燃级混合气体，有利于主燃级燃料的燃烧，降低火焰温度，减少高温产生的污染物排放。

优选地，所述燃料喷射装置还包括多个旋流叶片，所述旋流叶片倾斜设置于所述主燃级空气腔室内。

在本方案中，主燃级空气腔室内倾斜设置的旋流叶片使得主燃级空气腔室内的主燃级空气形成旋流，由主燃级空气腔室喷射出的旋流空气具有低速区和高速区，靠近喷射面板的轴线的区域为低速区，远离喷射面板的轴线的区域为高速区，低速区的空气有利于稳定燃料喷射装置下游高温火焰

优选地，所述燃料喷射装置还包括分配管，所述分配管设有次燃级通道和主燃级通道，所述次燃级通道连通于所述次燃级燃料腔室，所述主燃级通道连通于所述主燃级燃料腔室；

所述次燃级喷射件靠近所述主燃级通道的一侧设置有避让槽，所述分配管部分位于所述避让槽。

在本方案中，次燃级燃料腔室和主燃级燃料腔室的进料集成于分配管，节省进料端占用的空间，且分配管部分位于次燃级喷射件的避让槽内，即分配管伸入燃料喷射装置的内部，对分配管的连接端具有一定的支撑作用。

一种燃烧室，所述燃烧室包括上述的燃料喷射装置。

在本方案中，燃烧室通过设置上述的燃料喷射装置，使得次燃级燃料容易扩散进入主燃级回流气体并被主燃级回流气体带动至点火装置附近，提高了次燃级燃料被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料被倾斜喷射，扩大了次燃级燃料的扩散范围，拓宽了次燃级点火边界，降低了点火系统的能量需求，且能够降低次燃级燃料的燃烧温度，减少高温污染物的产生。

一种航空发动机，所述航空发动机包括上述的燃烧室。

在本方案中，航空发动机通过设置上述的燃烧室，使得次燃级燃料喷射散布更广、扩散更快，提高了次燃级燃料被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料被倾斜喷射，使得次燃级燃料的扩散范围更大，能够降低次燃级燃料点燃后形成的次燃级火焰的温度，提高航空发动机的工作性能，并减少高温污染物的产生。

本发明的积极进步效果在于：

在本发明中，燃料喷射装置的喷射端的主燃级喷射孔位于次燃级喷射孔的外周侧，次燃级喷射孔的喷射方向朝向次燃级喷射孔的外周侧倾斜，使得次燃级喷射孔喷射的次燃级燃料朝向主燃级回流气体喷射，并随主燃级回流气体运动至点火装置附近，提高了次燃级燃料被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料被倾斜喷射，扩大了次燃级燃料的扩散范围，拓宽了次燃级点火边界，降低了点火系统的能量需求，且该燃料喷射装置适应于现有的采用航空煤油燃烧的燃烧室大部分构型和点火方式，而不必重新设计燃烧室的结构。

附图说明

图1为本发明一实施例的燃料喷射装置的立体结构示意图。

图2为本发明一实施例的燃料喷射装置的另一视角的立体结构示意图。

图3为本发明一实施例的燃料喷射装置的正视结构示意图。

图4为图3中的A-A剖面结构示意图。

图5为图4中的B-B剖面结构示意图。

图6为图4中的C-C剖面结构示意图。

图7为本发明一实施例的燃料喷射装置的喷射面板的立体结构示意图。

图8为本发明一实施例的燃料喷射装置的喷射面板的正视结构示意图。

图9为图8中的D-D剖面结构示意图。

图10为本发明一实施例的燃料喷射装置的点火及低工况下的火焰燃烧示意图。

图11为本发明一实施例的燃料喷射装置的中高工况下的火焰燃烧示意图。

图12为本发明一实施例的燃烧室的剖面结构示意图。

图13为本发明一实施例的航空发动机的剖面结构示意图。

附图标记说明：

喷射端1

喷射面板11

主燃级喷射孔111

次燃级喷射孔112

第一次燃级空气孔113

第二次燃级空气孔114

次燃级喷射件2

次燃级燃料腔室21

次燃级内环壁22

次燃级外环壁23

次燃级端盖24

避让槽25

第一次燃级空气腔室3

第二次燃级空气腔室4

主燃级喷射件5

主燃级燃料腔室51

主燃级内环壁52

主燃级外环壁53

主燃级端盖54

外罩体6

主燃级空气腔室7

旋流叶片8

分配管9

次燃级通道91

主燃级通道92

燃烧室100

燃料喷射装置101

火焰筒102

点火装置103

航空发动机200

主燃级燃料301

主燃级油雾3011

次燃级燃料302

主燃级空气303

次燃级空气304

第一次燃级空气3041

第二次燃级空气3042

电火花305

主燃级回流气体306

次燃级火焰307

第一高温区308

主燃级混合气体309

第二高温区310

主燃级进料管311

次燃级进料管312

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。

如图1至图11所示，本实施例提供一种燃料喷射装置101，燃料喷射装置101用于航空发动机200的燃烧室100，燃料喷射装置101包括喷射端1，喷射端1设置有主燃级喷射孔111和次燃级喷射孔112，主燃级喷射孔111位于次燃级喷射孔112的外周侧，次燃级喷射孔112的喷射方向朝向燃料喷射装置101的外周侧倾斜。上述结构设置使得次燃级喷射孔112喷射的次燃级燃料302朝向主燃级回流气体306喷射，并随主燃级回流气体306运动至点火装置103附近，提高了次燃级燃料302被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料302被倾斜喷射，扩大了次燃级燃料302的扩散范围，拓宽了次燃级点火边界，降低了点火系统的能量需求，且该燃料喷射装置101适应于现有的采用航空煤油燃烧的燃烧室100的大部分构型和点火方式，而不必重新设计燃烧室100的结构。

在本实施例中，喷射端1包括喷射面板11，喷射面板11上设有次燃级喷射孔112，主燃级喷射孔111环设于喷射面板11的外周侧，次燃级喷射孔112的喷射方向相对喷射面板11的轴线方向倾斜并朝向喷射面板11的外周侧。喷射面板11结构简单，便于加工和安装；各次燃级喷射孔112位于喷射面板11上，次燃级燃料302从同一平面被喷射出，有利于次燃级燃料302的均匀喷射；主燃级喷射孔111位于喷射面板11的外周侧，方便次燃级燃料302被主燃级回流气体306带动至点火装置103附近，提高次燃级燃料302被点燃的成功率。

在本实施例中，喷射面板11上设有次燃级空气孔，次燃级空气孔设于次燃级喷射孔112的内周侧和次燃级喷射孔112的外周侧。次燃级空气孔用于喷射次燃级空气304，流经次燃级喷射孔112的次燃级空气304可以对喷射面板11进行降温，避免高温火焰对喷射面板11造成损伤，延长喷射面板11的使用寿命，同时提高燃料喷射装置101的工作安全性能。具体地，在本实施例中，次燃级空气孔包括设于次燃级喷射孔112内周侧的第一次燃级空气孔113和设于次燃级喷射孔112外周侧的第二次燃级空气孔114。在其他可选地实施方式中，喷射面板11可以只设有第一次燃级空气孔113或只设有第二次燃级空气孔114。

在本实施例中，燃料喷射装置101还包括筒状的次燃级喷射件2，次燃级喷射件2的一端盖设有喷射面板11，次燃级喷射件2内设有筒状的次燃级燃料腔室21，次燃级喷射孔112连通于次燃级燃料腔室21，多个次燃级喷射孔112在喷射面板11上环状分布。次燃级燃料腔室21为筒状，有利于次燃级燃料302均匀分布于次燃级燃料腔室21；喷射面板11上的环状分布的次燃级喷射孔112与筒状的次燃级燃料腔室21对应连通，次燃级燃料302通过次燃级喷射孔112均匀喷出，有利于次燃级燃料302的扩散和点燃，形成温度较均匀的次燃级火焰307。

在本实施例中，次燃级喷射件2包括次燃级内环壁22和次燃级外环壁23，次燃级外环壁23设于次燃级内环壁的外周侧，次燃级燃料腔室21位于次燃级外环壁23和次燃级内环壁22之间。通过次燃级外环壁23和次燃级内环壁22围设出筒状的次燃级燃料腔室21，筒状的次燃级燃料腔室21对次燃级燃料302进行导流和分散，并经次燃级喷射孔112进行喷出。具体地，在本实施例中，次燃级喷射件2还包括次燃级端盖24，次燃级端盖24盖设于次燃级内环壁22和次燃级外环壁23的一端，喷射面板11盖设于次燃级内环壁22和次燃级外环壁23的另一端，次燃级端盖24、次燃级内环壁22、次燃级外环壁23和喷射面板11共同围设出次燃级燃料腔室21。进一步地，如图7和图9所示，在本实施例中，喷射面板11与次燃级内环壁22和部分次燃级外环壁23一体成型，在其他可选地实施方式中，喷射面板11也可以单独制作，再与次燃级喷射件2进行连接。

在本实施例中，喷射面板11设有第一次燃级空气孔113和第二次燃级空气孔114，燃料喷射装置101内设有第一次燃级空气腔室3和第二次燃级空气腔室4，第一次燃级空气腔室3连通第一次燃级空气孔113，第二次燃级空气腔室4连通第二次燃级空气孔114；在燃料喷射装置101的径向方向上，第一次燃级空气腔室3、次燃级燃料腔室21，第二次燃级空气腔室4由内向外依次布置。次燃级燃料腔室21的内周侧和外周侧分别设有第一次燃级空气腔室3和第二次燃级空气腔室4，第一次燃级空气腔室3内的第一次燃级空气3041和第二次燃级空气腔室4内的第二次燃级空气3042分别经第一次燃级空气孔113和第二次燃级空气孔114喷出，第一次燃级空气3041和第二次燃级空气3042在喷出过程中可对喷射面板11进行降温，避免高温火焰对喷射面板11造成损伤。

在本实施例中，燃料喷射装置101还包括筒状的主燃级喷射件5，主燃级喷射件5套设于次燃级喷射件2的外周侧，主燃级喷射件5内设有筒状的主燃级燃料腔室51，主燃级喷射件5设有连通于主燃级燃料腔室51的主燃级喷射孔111。主燃级燃料腔室51内的主燃级燃料301经主燃级喷射孔111喷出，主燃级燃料301喷射后形成主燃级油雾3011，随主燃级空气303向下游运动，发生蒸发、混合，形成主燃级混合气体309，并环向分布于次燃级火焰307的外周侧，对次燃级火焰形成包围，方便次燃级火焰引燃主燃级燃料301。具体地，在本实施例中，主燃级喷射孔111位于喷射面板11的轴向上游且位于喷射面板11的径向外侧，以便为主燃级燃料301喷射后的蒸发、混合形成主燃级混合气体309留出一定的空间和时间。

在本实施例中，主燃级喷射件5的一端连接于喷射面板11的外周边缘，主燃级喷射件5包括主燃级内环壁52和设于主燃级内环壁52的外周侧的主燃级外环壁53，主燃级燃料腔室51位于主燃级外环壁53和主燃级内环壁52之间，第二次燃级空气腔室4位于主燃级内环壁52和次燃级外环壁23之间。主燃级喷射件5环向连接于喷射面板11的外周侧，对次燃级喷射件2形成了包围，且第二次燃级空气腔室4将主燃级燃料腔室51和次燃级燃料腔室21分隔开，同时通过主燃级外环壁53和主燃级内环壁52围设出筒状的主燃级燃料腔室51，可以方便对主燃级燃料301进行导流，并经主燃级喷射孔111喷出。具体地，在本实施例中，主燃级喷射件5还包括主燃级端盖54，主燃级端盖54盖设于主燃级内环壁52和主燃级外环壁53的一端，主燃级端盖54、主燃级内环壁52和主燃级外环壁53共同围设出主燃级燃料腔室51。

在本实施例中，多个次燃级喷射孔112、多个第一次燃级空气孔113和多个第二次燃级空气孔114均以若干环的排列形式设置于喷射面板11上且沿所在环均匀分布。具体地，如图8所示，本实施例中的多个次燃级喷射孔112设有一环，多个第一次燃级空气孔113和多个第二次燃级空气孔114分别设有三环。次燃级喷射孔112、第一次燃级空气孔113和第二次燃级空气孔114在喷射面板11上设置为环状的排列形式，使得次燃级燃料302和次燃级空气304能够扩散式喷射，即喷射点的选取和布置本身就具有一定的扩散作用，且在每一环上均匀分布，方便次燃级燃料302和次燃级空气304的均匀喷射，当设置为多环时，环环相套间隔设置，进一步增大次燃级燃料302的喷射均匀程度和扩大次燃级燃料302的喷射范围，提高次燃级燃料302的点燃成功率、降低次燃级火焰温度、减少高温污染物的产生。在其他可选地实施方式中，多个次燃级喷射孔112、多个第一次燃级空气孔113和多个第二次燃级空气孔114的数量和具体排列形式并不局限于本实施例。

在本实施例中，第二次燃级空气孔114朝向喷射面板11的外周侧倾斜设置，且第二次燃级空气孔114朝向喷射面板11的外周侧倾斜的角度小于次燃级喷射孔112朝向喷射面板11的外周侧倾斜的角度。具体地，如图9所示，图中的θ即为次燃级喷射孔112朝向喷射面板11的外周侧倾斜的角度，θ的值可根据主燃级回流气体306的强度、燃烧室100中火焰筒102的高度、点火装置103的位置等因素进行选取。第二次燃级空气孔114环设于次燃级喷射孔112的外周侧，且第二次燃级空气孔114的倾斜角度小于次燃级喷射孔112的倾斜角度，使得从次燃级喷射孔112喷出的次燃级燃料302朝向从第二次燃级空气孔114喷射出的第二次燃级空气3042喷射，方便次燃级燃料302与第二次燃级空气3042的混合。

在本实施例中，次燃级喷射孔112的轴线与喷射面板11的轴线之间所形成的锐角的角度为20°-60°。使得喷射出的次燃级燃料302具有较大的扩散范围，方便进入主燃级回流气体306并随主燃级回流气体306运动至点火装置103附近，进而被点火装置103点燃。

在本实施例中，燃料喷射装置101还包括筒状的外罩体6，外罩体6套设于主燃级喷射件5的外周侧，外罩体6与主燃级喷射件5之间围设出主燃级空气腔室7，主燃级喷射孔111沿主燃级喷射件5的外周侧设置，主燃级喷射孔111的开口朝向并连通于主燃级空气腔室7。外罩体6套设于主燃级喷射件5的外周侧，对主燃级喷射件5和次燃级喷射件2形成包围，并对其内部结构起到支撑作用；外罩体6和主燃级喷射件5之间具有主燃级空气腔室7，主燃级喷射孔111连通于主燃级空气腔室7，且开口朝向主燃级空气腔室7，使得主燃级燃料301朝向主燃级空气腔室7进行喷射，有利于主燃级燃料301的蒸发并与主燃级空气303混合，形成较均匀的燃料-空气混合物即主燃级混合气体309，有利于主燃级燃料301的燃烧，降低火焰温度，减少高温污染物的产生和排放。

在本实施例中，燃料喷射装置101还包括多个旋流叶片8，旋流叶片8倾斜设置于主燃级空气腔室7内。主燃级空气腔室7内倾斜设置的旋流叶片8使得主燃级空气腔室7内的主燃级空气303形成旋流，由主燃级空气腔室7喷射出的旋流空气具有低速区和高速区，靠近喷射面板11的轴线的区域为低速区，远离喷射面板11的轴线的区域为高速区，低速区的空气有利于稳定燃料喷射装置101下游的高温火焰。

在本实施例中，燃料喷射装置101还包括分配管9，分配管9设有次燃级通道91和主燃级通道92，次燃级通道91连通于次燃级燃料腔室21，主燃级通道92连通于主燃级燃料腔室51；次燃级喷射件2靠近主燃级通道92的一侧设置有避让槽25，分配管9部分位于避让槽25。次燃级燃料腔室21和主燃级燃料腔室51的进料集成于分配管9，节省进料端占用的空间，且分配管9部分位于次燃级喷射件2的避让槽25内，即分配管9伸入燃料喷射装置101的内部，对分配管9和主燃级喷射件5的连接端以及分配管9和次燃级喷射件2的连接端均具有一定的支撑作用。

在本实施例中，燃料喷射装置101还包括主燃级进料管311和次燃级进料管312，主燃级进料管311连通于分配管9的主燃级通道92，次燃级进料管312连通于分配管9的次燃级通道91，主燃级进料管311和次燃级进料管312均部分被主燃级喷射件5和次燃级喷射件2包围，对主燃级进料管311与分配管9的连接端以及次燃级进料管312与分配管9的连接端均具有一定的支撑作用。

如图12所示，本实施例还提供一种燃烧室100，燃烧室100包括上述的燃料喷射装置101。燃烧室100通过设置上述的燃料喷射装置101，使得次燃级燃料302容易扩散进入主燃级回流气体306并被主燃级回流气体306带动至点火装置103附近，提高了次燃级燃料302被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料302被倾斜喷射，扩大了次燃级燃料302的扩散范围，拓宽了次燃级点火边界，降低了点火系统的能量需求，且能够降低次燃级燃料302点燃后形成的次燃级火焰307的温度，减少高温污染物的产生。

在本实施例中，燃烧室100还包括火焰筒102和点火装置103，燃料喷射装置101设置于火焰筒102的一端，点火装置103设于燃料喷射装置101的下游，且设置于火焰筒102的侧壁；沿燃料喷射装置101的喷射方向，火焰筒102的截面面积逐渐减小。沿燃料喷射装置101的下游方向，火焰筒102的截面面积逐渐减小。当航空发动机工况增大时，主燃级燃料301开始喷射(此时次燃级燃料302已经被点燃)，燃料喷射装置101喷射出的主燃级混合气体309(即主燃级燃料301在主燃级空气303中蒸发、混合后形成的混合气体)向下游移动，被其包裹的次燃级火焰引燃，形成更大的主燃级稳定火焰，同样将次燃级火焰307包裹在内。

在本实施例中，次燃级燃料302采用氢气，主燃级燃料301采用航空煤油。燃料喷射装置101的工作原理如下：

请参阅图10并结合图12，当燃烧室100处于点火工况或者较低的工况时，仅采用次燃级燃料302进行燃烧。具体地，当航空发动机200处于点火工况下，燃烧室100内仅次燃级喷射孔112朝向其外周侧喷射次燃级燃料302，即氢燃料，次燃级燃料302喷射后扩散进入主燃级回流气体306并被带动至点火装置103附近，被点火装置103的电火花305点燃形成高温燃气(点火装置103在次燃级点火成功后即停止工作)，部分高温燃气随着主燃级回流气体306(此时主燃级回流气体306主要包括主燃级空气303和次燃级燃料302)回流至次燃级喷射孔112附近，引燃新喷射的次燃级燃料302，使得次燃级燃料302在喷射后形成稳定的次燃级火焰307和第一高温区308。当航空发动机200工况升高但仍然处于小工况时，此时仍然只有次燃级喷射孔112喷射次燃级燃料302，即氢燃料，但次燃级氢燃料302流量持续增大，新进入的次燃级氢燃料302被燃料喷射装置101下游的次燃级火焰307或次燃级高温区308引燃，不断扩大次燃级火焰307或次燃级高温区308的区域。

请参阅图11并结合图12，当燃烧室100处于较高的工况时，在喷射次燃级燃料302的同时增加主燃级燃料301的喷射(此时已经进行过点火，次燃级燃料302处于燃烧状态，已经生成次燃级火焰307)。主燃级燃料301经主燃级喷射孔111喷出后形成主燃级油雾3011，主燃级油雾3011在主燃级空气腔室7内发生蒸发，并与主燃级空气303混合，形成主燃级混合气体309。主燃级混合气体309包裹于次燃级火焰的外周侧并被次燃级火焰307引燃，形成第二高温区310，并持续引燃新进入的主燃级混合气体309，实现主燃级燃料301的稳定燃烧。因主燃级燃料301采用了预混合预蒸发燃烧的方式，可降低主燃级燃料301燃烧时的温度，从而降低高温污染物的生成。

在本实施例中，氢气的喷射方向朝向次燃级喷射孔112的外周侧倾斜，且氢气本身具有较强的扩散性，使得氢气更容易随主燃级回流气体306到达点火装置103附近以被点燃，可以适应于现有的大部分采用航空煤油燃烧的燃烧室100的构型和点火方式，而不必重新设计燃烧室100的结构。

此外，次燃级燃料302采用氢气具有如下有益效果：氢气主要用于实现点火及低工况下的燃烧，氢燃料使用量较小，无须复杂的管路支持(如果氢气用量大，由于氢气和航空煤油的性能相差很大，需要进行额外的管路设计)，适合对现有航空发动机200的燃烧室100的燃料喷射装置101进行改进；氢气极易被点燃，所需点火能量较低，可以降低点火装置103的负荷；氢气的低点火能量、高火焰传播速度的特点，可显著提高燃烧室100的点火性能，进而拓宽点火边界，特别是高空、高原点火性能；氢气的燃烧产物基本上为水，能够减少碳排放，节能环保。

如图13所示，本实施例还提供一种航空发动机200，航空发动机200包括上述的燃烧室100。航空发动机200通过设置上述的燃烧室100，使得次燃级燃料302喷射散布更广、扩散更快，提高了次燃级燃料302被点燃的成功率，同时由于次燃级燃料302被倾斜喷射，使得次燃级燃料302的扩散范围更大，能够降低次燃级燃料302的燃烧温度，提高航空发动机200的工作性能，并减少高温污染物的产生。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料喷射装置用于航空发动机的燃烧室，所述燃料喷射装置包括：

喷射端，所述喷射端设置有主燃级喷射孔和次燃级喷射孔，所述主燃级喷射孔位于所述次燃级喷射孔的外周侧，所述次燃级喷射孔的喷射方向朝向所述次燃级喷射孔的外周侧倾斜。

2.如权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述喷射端包括喷射面板，所述喷射面板上设有所述次燃级喷射孔，所述主燃级喷射孔环设于所述喷射面板的外周侧，所述次燃级喷射孔的喷射方向相对所述喷射面板的轴线方向倾斜并朝向所述喷射面板的外周侧。

3.如权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述喷射面板上设有次燃级空气孔，所述次燃级空气孔设于所述次燃级喷射孔的内周侧和/或所述次燃级喷射孔的外周侧。

4.如权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料喷射装置还包括筒状的次燃级喷射件，所述次燃级喷射件的一端盖设有所述喷射面板，所述次燃级喷射件内设有筒状的次燃级燃料腔室，所述次燃级喷射孔连通于所述次燃级燃料腔室，多个所述次燃级喷射孔在所述喷射面板上环状分布。

5.如权利要求4所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述次燃级喷射件包括次燃级内环壁和次燃级外环壁，所述次燃级外环壁设于所述次燃级内环壁的外周侧，所述次燃级燃料腔室位于所述次燃级外环壁和所述次燃级内环壁之间。

6.如权利要求5所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述喷射面板设有第一次燃级空气孔和第二次燃级空气孔，所述燃料喷射装置内设有第一次燃级空气腔室和第二次燃级空气腔室，所述第一次燃级空气腔室连通所述第一次燃级空气孔，所述第二次燃级空气腔室连通所述第二次燃级空气孔；

在所述燃料喷射装置的径向方向上，所述第一次燃级空气腔室、所述次燃级燃料腔室，所述第二次燃级空气腔室由内向外依次布置。

7.如权利要求6所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料喷射装置还包括筒状的主燃级喷射件，所述主燃级喷射件套设于所述次燃级喷射件的外周侧，所述主燃级喷射件内设有筒状的主燃级燃料腔室，所述主燃级喷射件设有连通于所述主燃级燃料腔室的主燃级喷射孔。

8.如权利要求7所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述主燃级喷射件的一端连接于所述喷射面板的外周边缘，所述主燃级喷射件包括主燃级内环壁和设于所述主燃级内环壁的外周侧的主燃级外环壁，所述主燃级燃料腔室位于所述主燃级外环壁和所述主燃级内环壁之间，所述第二次燃级空气腔室位于所述主燃级内环壁和所述次燃级外环壁之间。

9.如权利要求8所述的燃料喷射装置，其特征在于，多个所述次燃级喷射孔，和/或，多个所述第一次燃级空气孔，和/或，多个所述第二次燃级空气孔均以若干环的排列形式设置于所述喷射面板上且沿所在环均匀分布。

10.如权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述次燃级喷射孔的轴线与所述喷射面板的轴线之间所形成的锐角的角度为20°-60°。

11.如权利要求7所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料喷射装置还包括筒状的外罩体，所述外罩体套设于所述主燃级喷射件的外周侧，所述外罩体与所述主燃级喷射件之间围设出主燃级空气腔室，所述主燃级喷射孔沿所述主燃级喷射件的外周侧设置，所述主燃级喷射孔的开口朝向并连通于所述主燃级空气腔室。

12.如权利要求11所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料喷射装置还包括多个旋流叶片，所述旋流叶片倾斜设置于所述主燃级空气腔室内。

13.如权利要求7所述的燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料喷射装置还包括分配管，所述分配管设有次燃级通道和主燃级通道，所述次燃级通道连通于所述次燃级燃料腔室，所述主燃级通道连通于所述主燃级燃料腔室；

所述次燃级喷射件靠近所述主燃级通道的一侧设置有避让槽，所述分配管部分位于所述避让槽。

14.一种燃烧室，其特征在于，所述燃烧室包括如权利要求1-13任一项所述的燃料喷射装置。

15.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括如权利要求14所述的燃烧室。