CN118423716A - 低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，包括：燃烧室机匣、连接于燃烧室机匣内的火焰筒、用于对燃油进行雾化喷射的双油路喷嘴、用于对雾化喷射的燃油多次剪切再雾化的三级涡流器。三级涡流器连接于火焰筒的头部，双油路喷嘴连接于燃烧室机匣上，且其伸入燃烧室机匣的喷射端沿轴向再插入三级涡流器的进口。双油路喷嘴的喷射端具有副喷口及环设于副喷口外的主喷口，双油路喷嘴内还设有连通副喷口的副油路，及连通主喷口的主油路，且副油路进口和主油路进口还分别连接外部供油主路。本发明的燃烧室，能有效解决航空发动机冷浸温度为‑40℃的恶劣环境下回流燃烧室的自主可靠点火。

Description

低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室

技术领域

本发明涉及航空发动机燃烧室技术领域，特别地，涉及一种低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室。

背景技术

燃烧室是发动机的核心部件之一，组织油气混合物燃烧，将化学能转化为热能，产生高温燃气持续推动涡轮进行做功。燃烧组织方式是燃烧室气动热力设计中最核心的内容之一，良好的燃烧组织方式是保证燃烧效率、点火性能、燃烧稳定性、出口温度分布品质和污染物排放等燃烧室主要性能参数满足设计要求的基础，然而影响头部燃烧组织的有涡流器、燃油喷嘴等众多因素。

通常的燃烧组织方式是采用单油路离心喷嘴配双级涡流器，双级涡流器的类型有双级轴流涡流器、双级径向涡流器、斜切孔式+径向组合涡流器等。

随着对中小型燃气轮机指标要求的增加，对液滴尺寸以及涡流器的雾化能力提出了更高的要求，单油路离心喷嘴配双级涡流器已经无法满足进一步降低燃油液滴尺寸的需求。一方面，单油路离心喷嘴要进一步提高雾化质量就必须进一步缩小喷口直径，这样会导致达到发动机大状态所需燃油流量时，油压过高，油泵无法实现；另一方面，离开喷嘴后的燃油，只经过双级涡流器的一次剪切雾化，雾化能力也已挖掘致极限。

当回流燃烧室低温环境点火时，燃油流量非常小，如8.0g/s，由于燃油喷嘴雾化质量较差，在低于-20℃的环境下，回流燃烧室需要采用燃油加热等辅助方式实现点火。

发明内容

本发明提供了一种低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，以解决现有单油路离心喷嘴配双级涡流器无法满足进一步降低燃油液滴尺寸需求的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，包括：燃烧室机匣、连接于燃烧室机匣内的火焰筒、用于对燃油进行雾化喷射的双油路喷嘴、用于对雾化喷射的燃油多次剪切再雾化的三级涡流器；三级涡流器连接于火焰筒的头部，双油路喷嘴连接于燃烧室机匣上，且其伸入燃烧室机匣的喷射端沿轴向再插入三级涡流器的进口；双油路喷嘴的喷射端具有副喷口及环设于副喷口外的主喷口，双油路喷嘴内还设有连通副喷口的副油路，及连通主喷口的主油路，且副油路进口和主油路进口还分别连接外部供油主路。

进一步地，双油路喷嘴包括穿设固定于燃烧室机匣上的喷嘴体、用于将燃油雾化喷射的喷头、用于将喷头与喷嘴体可拆卸式锁紧固定的外套螺母；喷头布设于喷嘴体伸入燃烧室机匣的内侧端上，外套螺母套设于喷头上且与喷嘴体的内侧端螺纹连接，以在拧紧过程中使喷头压紧于喷嘴体的内侧端面上；主油路和副油路分别贯穿喷嘴体设置，且两者的出口位于喷嘴体的内侧端面上，副喷口和主喷口设置于喷头内，且分别与喷嘴体内侧端面上的副油路出口和主油路出口连通。

进一步地，喷头包括内外间隔套合设置且均呈中空筒状的副喷筒和主喷筒，及沿轴向固定于副喷筒内通道中的旋流筒；旋流筒呈一端封闭的中空筒状，其开口端顶靠喷嘴体的内侧端面且与副油路出口连通，其封闭端外环面外凸形成抵靠副喷筒内环面的第一外凸环面，第一外凸环面上设有副旋流槽，副喷筒的喷射端还内缩以与旋流筒的封闭端围设形成副旋流室，副旋流室的出口形成副喷口，旋流筒封闭端的侧壁上还开设有小孔，以使燃油通过小孔进入副喷筒内通道形成的副旋流前腔室，再通过副旋流槽喷入副旋流室；主喷筒的内侧端抵压副喷筒的内侧端，副喷筒喷射端的外环面外凸形成抵靠主喷筒内环面的第二外凸环面，第二外凸环面将主喷筒与副喷筒之间的环形通道分隔为轴向依次设置的进油腔和主旋流室，第二外凸环面上还设有连通两者的主旋流槽，进油腔还连通主油路出口，主旋流室的出口形成主喷口。

进一步地，喷嘴体的内侧端面上设有内凹呈环形的储油槽，主油路出口连通储油槽；副喷筒的内侧端沿径向外凸形成抵接凸缘，主喷筒的内侧端抵压抵接凸缘，且抵接凸缘上还开设有连通储油槽和进油腔的过油孔。

进一步地，外套螺母呈中空筒状，其内圆面上还设有朝中心外凸的抵压凸缘，主喷筒的内侧端沿径向外凸形成承压凸缘，外套螺母套装于主喷筒和喷嘴体内侧端的外圆上，且与喷嘴体内侧端的外圆螺纹连接，以在拧紧过程中其抵压凸缘顶抵承压凸缘，进而将喷头压紧于喷嘴体的内侧端面上；外套螺母的壁面上还开设有贯穿壁面设置的多个吹积碳孔，以使双油路喷嘴外的气流通过吹积碳孔吹入喷头内，进而对喷头上的积碳进行吹除。

进一步地，喷嘴体内伸端的外圆上还设有与外套螺母的内侧端相对的限位台阶；双油路喷嘴还包括用于对外套螺母锁紧止动的锁片，锁片装设于喷嘴体内伸端的外圆上，且位于外套螺母的内侧端与限位台阶之间；锁片用于在外套螺母拧紧到位后受力形变，以部分结构包紧外套螺母的内侧端，而其余部分结构卡入喷嘴体内侧端上开设的锁片槽内止动。

进一步地，喷嘴体包括穿设燃烧室机匣设置的喷嘴本体、固定于喷嘴本体外圆上的安装盘、与喷嘴本体分别固定连接的主油柱和副油柱；主油路布设于主油柱和喷嘴本体内，且主油路进口连通主油柱的顶端；副油路布设于副油柱和喷嘴本体内，且副油路进口连通副油柱的顶端；主油路进口段和副油路进口段内还分别设有沿油路布设的油滤，及分别卡设于主油路进口和副油路进口内以防相应的油滤向外滑出的弹簧。

进一步地，双油路喷嘴沿燃烧室机匣的周向均匀间隔设置，且相邻两个双油路喷嘴之间的弧线间距，与火焰筒主燃区内部空腔的径向高度之比为0.9～1.2。

进一步地，燃烧室的参考速度为5.8m/s～6.0m/s。

进一步地，火焰筒包括内外套合设置的火焰筒内环和火焰筒外环，火焰筒内环上设置的内环主燃孔的数量、火焰筒外环上设置的外环主燃孔的数量、燃烧室机匣周向上双油路喷嘴的数量之比为1:1:1；火焰筒上沿周向布设有至少两个间隔设置的点火电嘴。

本发明具有以下有益效果：

本发明的回流燃烧室，相对传统的单油路离心喷嘴配双级涡流器方式，本发明的燃油喷嘴增加了一条喷射油路形成双流路喷嘴，涡流器增加了一级旋流形成三级涡流器。燃油喷嘴增加了一条喷射油路，从而可以进一步减小副喷口的直径，确保燃烧室点火时的燃油雾化质量足够好，提高点火性能；随着发动机从慢车状态往高状态转换，所需燃油流量相应增加时，主喷射油路（主喷口连接主油路形成）和副喷射油路（副喷口连接副油路形成）的两条油路同时供油，使得供油压力在油泵的允许范围以内，解决现有技术中喷口直径缩小与油泵油压之间的需求矛盾。涡流器增加一级旋流，不仅增加了一次空气对燃油的剪切作用，强化气流对燃油的雾化效果，使液滴尺寸更小，蒸发表面积更大，进而达到拓宽点火边界、缩短联焰时间的目的，更重要的是，通过双油路喷嘴与三级涡流器的协同配合作用，进一步强化三级涡流器对燃油的剪切雾化效果，使燃油和空气之间混合更加均匀，且燃油能够以更大的喷射角喷入火焰筒内，经模拟验证，其喷射角度可达90°～95°，如图14所示，且经过充分雾化的燃油与适量的空气构成的油气混合物恰好到达火焰筒内点火电嘴端面附近，更有助于点火，使燃烧更加迅速、充分、完全，从而实现在低于-20℃的环境下，回流燃烧室无需采用燃油加热等辅助手段而自主成功点火。

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低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室的剖视主视结构示意图；

图2是图1中双油路喷嘴局部放大结构示意图；

图3是图2中双油路喷嘴雾化原理示意图；

图4是图1中双油路喷嘴结构简图；

图5a是图4中旋流筒的剖视结构示意图；

图5b是图4中A-A向剖视结构示意图；

图6a是图4中B-B向剖视结构示意图；

图6b是副喷筒的剖视主视结构示意图；

图6c是副喷筒的主视结构示意图；

图7是双油路喷嘴锁片安装位置示意图；

图8是锁片结构示意图；

图9是双油路喷嘴剖面图；

图10是燃烧室过喷嘴轴线、主燃孔轴线截面的流场图；

图11是点火电嘴在火焰筒上周向位置布局示意图；

图12是编织网孔式油滤结构示意图图；

图13是图12的右视结构示意图；

图14是双油路喷嘴和三级涡流器配合流程图；

图15是图1的部分结构示意图。

图例说明：

10、燃烧室机匣；20、火焰筒；30、双油路喷嘴；301、副喷口；302、主喷口；303、副油路；304、主油路；31、喷嘴体；311、锁片槽；313、安装盘；314、主油柱；315、副油柱；32、喷头；321、副喷筒；322、主喷筒；323、旋流筒；324、副旋流槽；325、主旋流槽；326、进油腔；327、主旋流室；328、副旋流前腔室；329、副旋流室；330、小孔；332、储油槽；333、过油孔；34、锁片；35、油滤；350、方孔；36、弹簧；37、外套螺母；371、吹积碳孔；40、三级涡流器；50、点火电嘴；61、外环主燃孔；62、内环主燃孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1、图2、图14，本发明的优选实施例提供了一种低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，包括：燃烧室机匣10、连接于燃烧室机匣10内的火焰筒20、用于对燃油进行雾化喷射的双油路喷嘴30、用于对雾化喷射的燃油多次剪切再雾化的三级涡流器40。三级涡流器40连接于火焰筒20的头部，双油路喷嘴30连接于燃烧室机匣10上，且其伸入燃烧室机匣10的喷射端沿轴向再插入三级涡流器40的进口。双油路喷嘴30的喷射端具有副喷口301及环设于副喷口301外的主喷口302，双油路喷嘴30内还设有连通副喷口301的副油路303，及连通主喷口302的主油路304，且副油路进口和主油路进口还分别连接外部供油主路。

本发明的回流燃烧室工作时，当发动机从起动到慢车状态，发动机所需燃油流量较小，双油路喷嘴30只有副油路303供油且通过副喷口301向外喷射雾化；当发动机从慢车状态往高状态转换时，发动机所需燃油流量逐渐增加，双油路喷嘴30的主油路304和副油路303同时供油，且通过主喷口302和副喷口301同时向外喷射雾化，又由于副喷口301为孔状，主喷口302为环状，故而燃油将在副喷口301处形成锥形油膜，在主喷口302处形成环形油膜，然后副喷口301的油膜与主喷口302的油膜再在主喷口出口进行融合，形成一个新的锥形油膜喷出；从双油路喷嘴30喷出的燃油再进入三级涡流器40，经三级涡流器40对燃油进行多次剪切和多次雾化后喷入火焰筒20内。

本发明的回流燃烧室，相对传统的单油路离心喷嘴配双级涡流器方式，本发明的燃油喷嘴增加了一条喷射油路形成双流路喷嘴30，涡流器增加了一级旋流形成三级涡流器40。燃油喷嘴增加了一条喷射油路，从而可以进一步减小副喷口301的直径，确保燃烧室点火时的燃油雾化质量足够好，提高点火性能；随着发动机从慢车状态往高状态转换，所需燃油流量相应增加时，主喷射油路（主喷口302连接主油路304形成）和副喷射油路（副喷口301连接副油路303形成）的两条油路同时供油，使得供油压力在油泵的允许范围以内，解决现有技术中喷口直径缩小与油泵油压之间的需求矛盾。涡流器增加一级旋流，不仅增加了一次空气对燃油的剪切作用，强化气流对燃油的雾化效果，使液滴尺寸更小，蒸发表面积更大，进而达到拓宽点火边界、缩短联焰时间的目的，更重要的是，通过双油路喷嘴30与三级涡流器40的协同配合作用，进一步强化三级涡流器40对燃油的剪切雾化效果，使燃油和空气之间混合更加均匀，且燃油能够以更大的喷射角喷入火焰筒20内，经模拟验证，其喷射角度可达90°～95°，如图14所示，且经过充分雾化的燃油与适量的空气构成的油气混合物恰好到达火焰筒20内点火电嘴端面附近，更有助于点火，使燃烧更加迅速、充分、完全，从而实现在低于-20℃的环境下，回流燃烧室无需采用燃油加热等辅助手段而自主成功点火，解决航空发动机冷浸温度为-40℃的恶劣环境下回流燃烧室的点火不成功问题（发动机冷浸定义为“发动机滑油箱里滑油温度达到要求值后，继续冷冻至少半小时”。发动机冷浸温度为-40℃表示“发动机滑油箱里滑油温度达-40℃后，继续冷冻半小时以上”）。

可选地，三级涡流器40包括沿轴向依次设置的斜切孔式Ⅰ级旋流器、Ⅰ级文氏管、Ⅱ级文氏管及出口套筒，以及设置于Ⅰ级文氏管与Ⅱ级文氏管之间的Ⅱ级径向叶片、设置于Ⅱ级文氏管与出口套筒之间的Ⅲ级径向叶片。三级涡流器40的雾化机理如下：

首先，经双油路喷嘴30一次雾化后的燃油在斜切孔式Ⅰ级旋流器的凹腔内与空气初步预混后，均匀喷溅在Ⅰ级文氏管内壁面上形成油膜，再经由突缩式的Ⅰ级文氏管喉道整流后，在Ⅰ级文氏管出口边缘被Ⅰ、Ⅱ级旋流剪切并破碎成条，完成二次雾化；随后油气混合物再与Ⅱ级旋流进一步掺混，在Ⅱ级文氏管出口边缘被Ⅱ、Ⅲ级旋流再次剪切并细化成滴，完成三次雾化；然后油气混合物再与Ⅲ级旋流进一步掺混，经过出口套筒减压后进一步破碎形成油雾，完成四次雾化。三级涡流器40通过对燃油的多次雾化，能够促使燃油雾化更加充分；同时，通过与双油路喷嘴30的协同配合，进一步强化其对燃油的剪切雾化效果，使燃油和空气之间混合更加均匀，且燃油能够以更大的喷射角喷入火焰筒20内，经模拟验证，其喷射角度可达90°～95°，如图14所示，且经过充分雾化的燃油与适量的空气构成的油气混合物恰好到达火焰筒20内点火电嘴端面附近，更有助于点火，使燃烧更加迅速、充分、完全，从而实现在低于-20℃的环境下，回流燃烧室无需采用燃油加热等辅助手段而自主成功点火。

可选地，如图2所示，双油路喷嘴30包括穿设固定于燃烧室机匣10上的喷嘴体31、用于将燃油雾化喷射的喷头32、用于将喷头32与喷嘴体31可拆卸式锁紧固定的外套螺母37。喷头32布设于喷嘴体31伸入燃烧室机匣10的内侧端上，外套螺母37套设于喷头32上且与喷嘴体31的内侧端螺纹连接，以在拧紧过程中使喷头32压紧于喷嘴体31的内侧端面上。主油路304和副油路303分别贯穿喷嘴体31设置，且两者的出口位于喷嘴体31的内侧端面上，副喷口301和主喷口302设置于喷头32内，且分别与喷嘴体31内侧端面上的副油路出口和主油路出口连通。本可选方案中，如图2所示，通过外套螺母37将喷头32压紧于喷嘴体31的内侧端面上，从而喷头32与喷嘴体31可拆卸式连接，便于及时取下喷头32进行清理和更换，操作简单、便捷。

本可选方案中，如图2、图4、图5a、图5b、图6a、图6b及图6c所示，喷头32包括内外间隔套合设置且均呈中空筒状的副喷筒321和主喷筒322，及沿轴向固定于副喷筒321内通道中的旋流筒323；本可选方案的具体实施例中，旋流筒323通过小过盈配合插在副喷筒321的内通道中。旋流筒323呈一端封闭的中空筒状，其开口端顶靠喷嘴体31的内侧端面且与副油路出口连通，其封闭端外环面外凸形成抵靠副喷筒321内环面的第一外凸环面，第一外凸环面上设有副旋流槽324，副喷筒321的喷射端还内缩以与旋流筒323的封闭端围设形成副旋流室329，副旋流室的出口形成副喷口301，旋流筒323封闭端的侧壁上还开设有小孔330，以使燃油通过小孔330进入副喷筒321内通道形成的副旋流前腔室328，再通过副旋流槽324喷入副旋流室329；主喷筒322的内侧端抵压副喷筒321的内侧端，副喷筒321喷射端的外环面外凸形成抵靠主喷筒322内环面的第二外凸环面，第二外凸环面将主喷筒322与副喷筒321之间的环形通道分隔为轴向依次设置的进油腔326和主旋流室327，第二外凸环面上还设有连通两者的主旋流槽325，进油腔326还连通主油路出口，主旋流室的出口形成主喷口302。

工作时，再结合图3所示，当发动机从点火起动至慢车过程中，燃油流量较小，只有副油路303供油，副油路303的燃油由其出口再进入旋流筒323的内通道，然后通过开设于旋流筒323封闭端侧壁上的小孔330进入旋流筒323与副喷筒321之间的副旋流前腔室328，再通过副旋流槽324进入副旋流室329，最终通过副喷口301喷油，燃油经过副喷口301流出后，进入三级涡流器40，经过三级涡流器40的两次气流剪切作用，燃油破碎为细小液滴，燃油可快速蒸发、迅速点着并高效燃烧。当发动机从慢车状态开始提高工作状态，燃油分别进入副油路303和主油路304，使副喷口301继续供油的同时，进入主油路304的燃油经其出口进入连通的主喷筒322内的进油腔326，通过主旋流槽325喷油后再进入主旋流室327，最终由主喷口302喷油，两股燃油相互作用后再进入三级涡流器40，经过三级涡流器40的两次气流剪切作用，燃油破碎为细小液滴，快速蒸发并迅速燃烧。

实际工作时，如图3所示，燃油分别从主油路304经主旋流槽325进入主旋流室，从副油路303经副旋流槽324进入副旋流室，且两股燃油分别在主旋流室和副旋流室内分别形成旋流，并副喷口301形成锥形油膜，主喷口302形成环形油膜；然后副喷口301的油膜与主喷口302的油膜将在主喷口出口处进行融合相互作用，形成一个新的锥形液膜喷出，提高燃油后续剪切雾化效果。

进一步地，如图2所示，喷嘴体31的内侧端面上设有内凹呈环形的储油槽332，主油路出口连通储油槽332，储油槽332用于对燃油进行临时存储，以使供入主喷筒322内进油腔的滑油充足，不受主油路304供油的影响。副喷筒321的内侧端沿径向外凸形成抵接凸缘，主喷筒322的内侧端抵压抵接凸缘，且抵接凸缘上还开设有连通储油槽和进油腔的过油孔333或过油缝，以便储油槽中的燃油进入进油腔。

可选地，如图2所示，外套螺母37呈中空筒状，其内圆面上还设有朝中心外凸的抵压凸缘，主喷筒322的内侧端沿径向外凸形成承压凸缘，外套螺母37套装于主喷筒322和喷嘴体31内侧端的外圆上，且与喷嘴体31内侧端的外圆螺纹连接，以在拧紧过程中其抵压凸缘顶抵承压凸缘，进而将喷头32压紧于喷嘴体31的内侧端面上。外套螺母37的壁面上还开设有贯穿壁面设置的多个吹积碳孔371，以使双油路喷嘴30外的气流通过吹积碳孔371吹入喷头32内，进而对喷头32上的积碳进行吹除，有效防止喷嘴积碳。

可选地，如图2所示，喷嘴体31内伸端的外圆上还设有与外套螺母37的内侧端相对的限位台阶。双油路喷嘴30还包括用于对外套螺母37锁紧止动的锁片34，锁片34装设于喷嘴体31内伸端的外圆上，且位于外套螺母37的内侧端与限位台阶之间。锁片34用于在外套螺母37拧紧到位后受力形变，以部分结构包紧外套螺母37的内侧端，而其余部分结构卡入喷嘴体31内侧端上开设的锁片槽311内止动。

进一步地，再结合图7-8所示，锁片34的外圆上具有两个外凸且相对设置的两个尖角，及位于两个尖角之间的矩形凸起。外套螺母37外围轮廓是六边形结构，安装时，弯曲锁片的两个尖角，以紧贴外套螺母37的相对两面，而锁片上的矩形凸起则向另外一个方向弯曲，以卡入喷嘴体31上的锁片槽311。本可选方案中，喷嘴体31上设计有两条锁片槽311，两条锁片槽311沿喷嘴体31周向成90°夹角分布；由于外套螺母37拧紧后六条边与锁片槽311的位置关系是随机的，而经试验两条槽中必有一条槽可以用于卡入锁片34上的矩形凸起，起到防止外套螺母37松脱的作用。

可选地，如图2和图7所示，喷嘴体31包括穿设燃烧室机匣10设置的喷嘴本体、固定于喷嘴本体外圆上的安装盘313、与喷嘴本体分别固定连接的主油柱314和副油柱315。主油路304布设于主油柱314和喷嘴本体内，且主油路进口连通主油柱314的顶端。副油路303布设于副油柱315和喷嘴本体内，且副油路进口连通副油柱315的顶端。本可选方案中，双油路喷嘴30通过穿设安装盘313的螺栓固定于燃烧室机匣10的外壁面上，三级涡流器40通过螺纹或者焊接固定在火焰筒20上，双油路喷嘴30插入三级涡流器40上的第Ⅰ级旋流器孔内，搭接配合。再结合图9所示，主油路进口段和副油路进口段内还分别设有沿油路布设的油滤35，及分别卡设于主油路进口和副油路进口内以防相应的油滤35向外滑出的弹簧36。如图9、图12-13所示，油滤35为一端封闭的中空筒状，且油滤35采用丝材编织成网孔式，其过滤网孔为方形的方孔350，均匀排布，各孔的长宽一致，为0.063～0.18mm，壁厚为0.045～0.125mm；网孔式油滤35过滤面积更大，流阻更小，堵塞的风险更小。

优选地，经进一步研究发现，点火的容易程度及火焰的稳定性还与双油路喷嘴30之间的间距和火焰筒20的径向高度相关，故而本发明中，如图11所示，双油路喷嘴30沿燃烧室机匣10的周向均匀间隔设置，且相邻两个双油路喷嘴30之间的弧线间距，与火焰筒20主燃区内部空腔的径向高度之比为0.9～1.2。现有中小型航空发动机回流燃烧室中，相邻两个喷嘴之间的弧线间距，与火焰筒主燃区内部空腔的径向高度之比普遍大于1.0，而本发明中，该两者之比为0.9～1.2，从而使火焰筒单个头部主燃区的横截面类似一个正方形，且相邻两个主燃区流场相互干扰最小，进而可以获得相对独立、稳定的主燃区流场，有利于火焰稳定，对点火有利。

优选地，经进一步研究发现，点火的容易程度及火焰的稳定性还与燃烧室的参考速度相关。如图1所示，火焰筒20包括内外套合且间隔设置的火焰筒内环和火焰筒外环，燃烧室机匣10包括内外相对间隔设置的燃烧室内机匣和燃烧室外机匣。火焰筒外环半径受燃烧室外机匣半径尺寸的限制，火焰筒内环半径受燃烧室出口外径尺寸的限制，燃烧室外机匣保持与压气机轴向扩压机匣在一个水平高度，因此，燃烧室外机匣半径是一定的。本发明中，如图1所示，通过将火焰筒内环尾端的小弯管圆弧合理设计，使小弯管起始段圆弧半径为R13.9mm，在与水平面垂直线相切处光滑过渡到R21.3mm，将火焰筒内环半径做到最小，并且气流在小弯管处不会发生分离，使得火焰筒外环、内环的高度差放到最大，故而改进后本发明的燃烧室的参考速度为5.8m/s～6.0m/s，较低的气流速度对点火有利，而现有技术中，燃烧室参考速度一般大于6.5m/s。

优选地，经进一步研究发现，点火的容易程度及火焰的稳定性还与双油路喷嘴30的数量、点火电嘴50的数量等有关，本发明中，火焰筒20包括内外套合设置的火焰筒内环和火焰筒外环，火焰筒内环上设置的内环主燃孔62的数量、火焰筒外环上设置的外环主燃孔61的数量、燃烧室机匣10周向上双油路喷嘴30的数量之比为1:1:1，从而使得主燃区油气比更高，对点火有利，如图10所示；而现有技术中，主燃孔数为燃油喷嘴倍数，比例为n：1（n≥2）。进一步地，火焰筒20上沿周向布设有至少两个间隔设置的点火电嘴50；本发明设置有两个点火电嘴50，在火焰筒20上周向分布如图11所示，一个在12点钟位置，另一个在6、7点钟方向位置，由于火焰筒20里气流是非稳态流场，油气分布存在偶然性，一个点火电嘴50在12点钟位置，另一个在6、7点钟位置，可以使得两种区别最大的燃油分布附近都有点火电嘴50布置，可以涵盖油气分布的各种偶然因素，点火性能更加稳定。

本发明目的在于提供一种双油路喷嘴配三级涡流器的燃烧组织方式，提高燃油的雾化质量，同时，设计了合适的燃油喷嘴间距H与火焰筒腔高h之比、较低的燃烧室参考速度，协同独特的火焰筒外环、内环主燃孔62数与喷嘴数之比，并配合点火电嘴在火焰筒上周向布局，从而进一步提高回流燃烧室的点火性能。且本发明回流燃烧室已经过某型涡轴发动机在高空台模拟高原、高空环境下的试验验证，发动机在下列极端环境下成功起动，地面：海拔5.5km高原、发动机冷浸温度-40℃，空中再点火高度：7.0km、进口空气温度-40℃。燃烧室点火性能显著提升，不需要借助任何辅助方式，实现了在海拔5.5km高原、发动机冷浸温度-40℃的恶劣环境下的直接成功点火。

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 (9)

1.一种低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，包括：

燃烧室机匣（10）、连接于燃烧室机匣（10）内的火焰筒（20）、用于对燃油进行雾化喷射的双油路喷嘴（30）、用于对雾化喷射的燃油多次剪切再雾化的三级涡流器（40）；

三级涡流器（40）连接于火焰筒（20）的头部，双油路喷嘴（30）连接于燃烧室机匣（10）上，且其伸入燃烧室机匣（10）的喷射端沿轴向再插入三级涡流器（40）的进口；

双油路喷嘴（30）的喷射端具有副喷口（301）及环设于副喷口（301）外的主喷口（302），双油路喷嘴（30）内还设有连通副喷口（301）的副油路（303），及连通主喷口（302）的主油路（304），且副油路进口和主油路进口还分别连接外部供油主路；

双油路喷嘴（30）包括穿设固定于燃烧室机匣（10）上的喷嘴体（31）、用于将燃油雾化喷射的喷头（32）、用于将喷头（32）与喷嘴体（31）可拆卸式锁紧固定的外套螺母（37）；

喷头（32）包括内外间隔套合设置且均呈中空筒状的副喷筒（321）和主喷筒（322），及沿轴向固定于副喷筒（321）内通道中的旋流筒（323）；旋流筒（323）呈一端封闭的中空筒状，其开口端顶靠喷嘴体（31）的内侧端面且与副油路出口连通，其封闭端外环面外凸形成抵靠副喷筒（321）内环面的第一外凸环面，第一外凸环面上设有副旋流槽（324），副喷筒（321）的喷射端还内缩以与旋流筒（323）的封闭端围设形成副旋流室（329），副旋流室的出口形成副喷口（301），旋流筒（323）封闭端的侧壁上还开设有小孔（330），以使燃油通过小孔（330）进入副喷筒（321）内通道形成的副旋流前腔室（328），再通过副旋流槽（324）喷入副旋流室（329）；主喷筒（322）的内侧端抵压副喷筒（321）的内侧端，副喷筒（321）喷射端的外环面外凸形成抵靠主喷筒（322）内环面的第二外凸环面，第二外凸环面将主喷筒（322）与副喷筒（321）之间的环形通道分隔为轴向依次设置的进油腔（326）和主旋流室（327），第二外凸环面上还设有连通两者的主旋流槽（325），进油腔（326）还连通主油路出口，主旋流室的出口形成主喷口（302）。

2.根据权利要求1所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，喷头（32）布设于喷嘴体（31）伸入燃烧室机匣（10）的内侧端上，外套螺母（37）套设于喷头（32）上且与喷嘴体（31）的内侧端螺纹连接，以在拧紧过程中使喷头（32）压紧于喷嘴体（31）的内侧端面上；

主油路（304）和副油路（303）分别贯穿喷嘴体（31）设置，且两者的出口位于喷嘴体（31）的内侧端面上，副喷口（301）和主喷口（302）设置于喷头（32）内，且分别与喷嘴体（31）内侧端面上的副油路出口和主油路出口连通。

3.根据权利要求2所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，喷嘴体（31）的内侧端面上设有内凹呈环形的储油槽（332），主油路出口连通储油槽（332）；

副喷筒（321）的内侧端沿径向外凸形成抵接凸缘，主喷筒（322）的内侧端抵压抵接凸缘，且抵接凸缘上还开设有连通储油槽（332）和进油腔（326）的过油孔（333）。

4.根据权利要求2所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，外套螺母（37）呈中空筒状，其内圆面上还设有朝中心外凸的抵压凸缘，主喷筒（322）的内侧端沿径向外凸形成承压凸缘，外套螺母（37）套装于主喷筒（322）和喷嘴体（31）内侧端的外圆上，且与喷嘴体（31）内侧端的外圆螺纹连接，以在拧紧过程中其抵压凸缘顶抵承压凸缘，进而将喷头（32）压紧于喷嘴体（31）的内侧端面上；

外套螺母（37）的壁面上还开设有贯穿壁面设置的多个吹积碳孔（371），以使双油路喷嘴（30）外的气流通过吹积碳孔（371）吹入喷头（32）内，进而对喷头（32）上的积碳进行吹除。

5.根据权利要求2所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，喷嘴体（31）内伸端的外圆上还设有与外套螺母（37）的内侧端相对的限位台阶；

双油路喷嘴（30）还包括用于对外套螺母（37）锁紧止动的锁片（34），锁片（34）装设于喷嘴体（31）内伸端的外圆上，且位于外套螺母（37）的内侧端与限位台阶之间；

锁片（34）用于在外套螺母（37）拧紧到位后受力形变，以部分结构包紧外套螺母（37）的内侧端，而其余部分结构卡入喷嘴体（31）内侧端上开设的锁片槽（311）内止动。

6.根据权利要求2所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，喷嘴体（31）包括穿设燃烧室机匣（10）设置的喷嘴本体、固定于喷嘴本体外圆上的安装盘（313）、与喷嘴本体分别固定连接的主油柱（314）和副油柱（315）；

主油路（304）布设于主油柱（314）和喷嘴本体内，且主油路进口连通主油柱（314）的顶端；

副油路（303）布设于副油柱（315）和喷嘴本体内，且副油路进口连通副油柱（315）的顶端；

主油路进口段和副油路进口段内还分别设有沿油路布设的油滤（35），及分别卡设于主油路进口和副油路进口内以防相应的油滤（35）向外滑出的弹簧（36）。

7.根据权利要求1所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，双油路喷嘴（30）沿燃烧室机匣（10）的周向均匀间隔设置，且相邻两个双油路喷嘴（30）之间的弧线间距，与火焰筒（20）主燃区内部空腔的径向高度之比为0.9～1.2。

8.根据权利要求1所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，燃烧室的参考速度为5.8m/s～6.0m/s。

9.根据权利要求1所述的低温冷浸环境下可靠点火的回流燃烧室，其特征在于，火焰筒（20）包括内外套合设置的火焰筒内环和火焰筒外环，火焰筒内环上设置的内环主燃孔（62）的数量、火焰筒外环上设置的外环主燃孔（61）的数量、燃烧室机匣（10）周向上双油路喷嘴（30）的数量之比为1:1:1；

火焰筒（20）上沿周向布设有至少两个间隔设置的点火电嘴（50）。