CN220103187U - 一种微型涡喷发动机的燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微型涡喷发动机的燃烧室，包括燃烧室外圈和燃烧室内圈，燃烧室内圈置于燃烧室外圈的内部，燃烧室内圈和燃烧室外圈表面设置有圆形通孔，圆形通孔从前到后依次形成了主燃区、补燃区、冷却区，主燃区，燃烧室内圈的前侧设置有燃烧室前盖，燃烧室前盖与燃烧室外圈通过燃烧室前盖法兰边连接，燃烧室外圈的后侧设置有燃烧室后盖，燃烧室后盖与燃烧室外圈通过燃烧室后盖法兰边连接，以燃烧室后盖中心为圆心，圆周上均匀分布有蒸发管。本实用新型有利于油气混合物在燃烧室中流动更加稳定顺畅，燃烧更加均匀充分，使得燃烧室工作效率更高，还能减少其受到的震动，从而达到提升微型涡喷发动机性能的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微型涡喷发动机的燃烧室，属于微型涡喷发动机技术领域。
背景技术
微型涡喷发动机一般是指直径200毫米以内，推力1000牛以内的喷气式发动机。涡喷发动机工作原理与传统喷气式发动机类似，由压气轮吸入空气，经过增压使压缩空气在燃烧室中与燃料混合燃烧，气体剧烈膨胀通过导流器推动涡轮做功维持压气轮旋转，再通过喷口高速喷出，产生反作用力从而使发动机产生推力。
小型涡喷发动机的微型燃烧室的设计规范，技术参数的标准至今还没有诞生，目前大都参考大发的燃烧室设计，但有以下几点可说是区别较大。
1）燃油混合气在火焰筒中逗留的时间越充分越好，设逗留燃烧时间为Tx，燃烧完成时间为Txx，那么，逗留时间Tx必须大于等于燃烧完成时间Txx，因为不准末完成反应的气体带着燃烧的火焰进入涡轮、喷管。因为气体对涡轮作功，是一种降温减压而气速增大，气体分子冲量作机械功的过程，如果还在燃烧的带火焰气体，则是相反的加热过程，气体还在升温所以气体不增速，对涡轮作功就小得多。在这种状态下，涡轮就没多少功可驱动压气机，发动机就不能增加转速和推力。
那么燃料混合气停留时间为：
t=Ax·Lc·Po/Rv·Tn·Mz。
t一火焰筒冷态停留时间。
Ax一火焰筒横截面积m平方。
Lc一火焰筒长m。
Po一设计点压力Pa。
Rv一气体常态参数。
Tn一设计点气体温度K。
Mz一气体质量流量kg/s。
2）燃烧速度问题，研究表明，碳氢燃料火焰传播速度，层流预混火焰一般在0.1—1m/s，有湍流预混火焰一般在8—20m/s。有时候微型燃烧室气流表征速度是＞20m的，但火焰前峰的速度，只是燃烧速度某一轴向的衡量值，而正确能代表燃烧速度的测量值是单位时间内烧掉的碳氢混合物体积数值，而且燃烧速度会随燃烧空间的增大而增速，所以燃速应该不是个常数。
燃烧室的头部结构和流场情况，前部非流线型的平盖是燃烧室顶盖，其实它就是一个圆盘状火燃稳定器，与冲压发动机的火焰稳定器所不同的是，大发涡喷的“火焰稳定器”的堵塞比更大（为0.7，火焰筒截面与燃烧室外壳截面之比的设计值），而冲压发动机在0.5左右小一点，而我们NX-45的堵塞比更大为0.8，压力损失並末超值，因为压力损失部份最后还是转化成热量留在燃烧室。
在涡流中燃烧的气体能量会加大旋涡能，于是这些不同寻常的气体运动力学强化了涡轮喷气发动机的燃烧，使引擎瞬时放热功率能达到高速飞行需要几十万马力推进功的要求。在燃绕的高速旋涡中有一个驻点的温度极高的涡核，它的位置就在蒸发管出口附近。
国内对小型、微型涡喷的研发现状，目前研究的微型燃烧室有甩油盘式和蒸发管式二类。对燃烧时间要求更短旳微型燃烧系统来讲，蒸发管式燃烧时间最短，效果最好，因为在进入燃烧室前，蒸发管中能把液态燃料予先加热气化，加之部份空气先予混，加热可燃混合气刚出蒸发管口，一到燃烧室空腔就能发生燃烧，因为燃料受热先分解气化，按比例混合，着火燃烧，整过完成时间中，气化予混时间占比是较大的。
对于小涡喷微型燃烧室来说，一般燃料混合气在火焰筒内的停留时间在1～6ms秒范围，从上式能看到提高分子各项或减少分母数值都能增加逗留时间。在大型喷气发动机上，由于燃烧室大得多，停留时间在6～12ms秒左右。另外，微型燃烧室由于空间很小，相对火焰就越集中，其燃烧室表面对放热空间的体积比相对很大，热损失就大了，对火焰稳定不利，特别在高空飞行，而大发的热损失很小，几乎可不计，目前微型涡喷燃烧室的容热强度一般在2500～5500kj/M^3·h·Pa。
燃烧室由于体积缩小，尺寸微型化，导致面容比比常规燃烧室大1-2个数量。但这样便会使得燃烧室的传热损失增加，油气混合物在燃烧室中的驻留时间短，导致燃烧不均匀充分。此外发动机在工作时会产生震动，导致燃烧室跟随着震动，长期使用会影响各部件的连接牢靠度，从而影响了其使用寿命。
发明内容
本实用新型提供了一种微型涡喷发动机的燃烧室，它有利于油气混合物在燃烧室中流动更加稳定顺畅，燃烧更加均匀充分，使得燃烧室工作效率更高，还能减少其受到的震动，从而达到提升微型涡喷发动机性能的目的。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种微型涡喷发动机的燃烧室，包括燃烧室外圈和燃烧室内圈，燃烧室内圈置于燃烧室外圈的内部，且同心设置，燃烧室内圈和燃烧室外圈之间的环形腔构成火焰筒，燃烧室内圈和燃烧室外圈表面设置有圆形通孔，所述燃烧室内圈的前侧设置有燃烧室前盖，燃烧室前盖与燃烧室外圈通过燃烧室前盖法兰边连接，燃烧室外圈的后侧设置有燃烧室后盖，燃烧室后盖与燃烧室外圈通过燃烧室后盖法兰边连接，以燃烧室后盖中心为圆心，圆周上均匀分布有蒸发管，所述燃烧室内圈和燃烧室外圈表面设置的圆形通孔，从前到后依次形成了主燃区、补燃区、冷却区。
燃烧室前盖的前端还设置了多个燃烧室支柱，燃烧室支柱均匀分布在燃烧室前盖的前端圆周面上，燃烧室支柱上安装有燃烧室支柱弹簧。
圆形通孔以燃烧室内圈和燃烧室外圈的中心等角度分布，但不均匀分布。
所述燃烧室前盖靠近燃烧室前盖中心段设置为锥形结构，燃烧室后盖在燃烧室后盖中间处也设置为锥形结构，燃烧室内圈的燃烧室内圈出口处也设置为锥形结构。
本实用新型一种微型涡喷发动机的燃烧室有以下优点：
本实用新型提供了一种用于微型涡喷发动机的燃烧室。燃烧室表面分布的直径大小不一、位置不规则的孔，能使油气混合物在燃烧室内部形成主燃区、补燃区、冷却区，使微型涡喷发动机燃烧循环更加稳定顺畅，燃料燃烧更加均匀充分，使得燃烧室工作效率更高。
在此基础上，燃烧室前盖中心段、燃烧室后盖中间处、燃烧室内圈出口处都设置为锥形结构，用于引导燃烧室内部燃料空气混合物流动，保证了燃烧室内部油气混合物流动顺畅，燃烧稳定。
另外，燃烧室前盖的前端还设置了多个燃烧室支柱，燃烧室支柱上安装有燃烧室支柱弹簧，可以使燃烧室无需螺丝固定就能贴紧导流器，节省了装配步骤，也可以减少燃烧室受到的发动机震动，延长了燃烧室的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型一种微型涡喷发动机的燃烧室的结构示意图。
图2为本实用新型一种微型涡喷发动机的燃烧室的剖视图。
图3为本实用新型一种微型涡喷发动机的燃烧室的侧面示意图。
其中：燃烧室支柱1、燃烧室前盖2、燃烧室后盖3、燃烧室外圈4、燃烧室内圈5、蒸发管6、燃烧室前盖法兰边7、燃烧室后盖法兰边8、燃烧室前盖中心段9、前盖与内圈焊接点10、支柱与前盖焊接点11、蒸发管与后盖焊接点12、燃烧室后盖中间处13、燃烧室内圈出口处14、燃烧室支柱弹簧15、主燃区16、补燃区17、冷却区18。
具体实施方式
本实用新型涉及一种微型涡喷发动机的燃烧室，该燃烧室中的部件采用分离结构，其主要构成为燃烧室外圈4和燃烧室内圈5，燃烧室内圈5置于燃烧室外圈4的内部，且同心设置。燃烧室内圈5和燃烧室外圈4之间的环形腔构成火焰筒，并且燃烧室内圈5和燃烧室外圈4表面设置有圆形通孔，圆形通孔以燃烧室内圈5和燃烧室外圈4的中心等角度分布，但不均匀分布，圆形通孔用于组织燃烧室内部火焰充分燃烧。
所述燃烧室内圈5的前侧设置有燃烧室前盖2，燃烧室前盖2与燃烧室内圈5使用氩弧焊在一起，焊接处形成了前盖与内圈焊接点10。燃烧室前盖2与燃烧室外圈4通过燃烧室前盖法兰边7连接。燃烧室外圈4的后侧设置有燃烧室后盖3，燃烧室后盖3与燃烧室外圈4通过燃烧室后盖法兰边8连接，简化了燃烧室组装步骤，提升了燃烧室的装配效率。
所述燃烧室前盖2、燃烧室后盖3、燃烧室内圈5、燃烧室外圈4、蒸发管6均选用高温合金材料制作，用于增加燃烧室寿命。并且燃烧室前盖2与燃烧室后盖3采用模具一次性冲压成型的工艺；燃烧室外圈4和燃烧室内圈5采用激光切割加氩弧焊的工艺，保证了燃烧室前后盖的尺寸精度，提高了燃烧室前后盖的生产效率。
以燃烧室后盖3中心为圆心，圆周上均匀分布有蒸发管6，蒸发管6共十二根，燃烧室后盖3与蒸发管6使用氩弧焊在十二处焊接在一起，焊接处形成了蒸发管与后盖焊接点12。蒸发管6用于雾化供给发动机的燃料，并使雾化后的燃料按指定方向进入燃烧室内部。
实施例一
所述燃烧室内圈5和燃烧室外圈4表面设置的圆形通孔，从前到后依次形成了主燃区16、补燃区17、冷却区18，主燃区16、补燃区17、冷却区18可以让油气混合物在燃烧室中燃烧均匀充分，使燃烧室燃烧效率达到最优化。
实施例二
在实施例一的基础上，所述燃烧室前盖2靠近燃烧室前盖中心段9设置为锥形结构，燃烧室后盖3在燃烧室后盖中间处13也设置为锥形结构，燃烧室内圈5的燃烧室内圈出口处14也设置为锥形结构，用于引导燃烧室内部燃料空气混合物流动，保证了燃烧室内部油气混合物流动顺畅，燃烧稳定。
优选的，所述燃烧室前盖中心段9的锥形结构，其角度大致范围为135°~145°。
优选的，所述燃烧室后盖中间处13的锥形结构，其角度大致范围为105°~115°。
优选的，所述燃烧室内圈出口处14的锥形结构，其角度大致范围为163°~173°。
实施例三
为了减少燃烧室在发动机工作时的震动，燃烧室前盖的前端还设置了多个燃烧室支柱1，燃烧室支柱1均匀分布在燃烧室前盖2的前端圆周面上，燃烧室支柱1与燃烧室前盖2使用氩弧焊连接，焊接处形成了支柱与前盖焊接点11。燃烧室支柱1上安装有燃烧室支柱弹簧15，燃烧室支柱弹簧15作为预紧弹簧，可以使燃烧室无需螺丝固定就能贴紧导流器，节省了装配步骤。同时配合燃烧室支柱1后，也可以减少燃烧室受到的发动机震动，延长了燃烧室的使用寿命。
Claims (10)
1.一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：包括燃烧室外圈和燃烧室内圈，燃烧室内圈置于燃烧室外圈的内部，且同心设置，燃烧室内圈和燃烧室外圈之间的环形腔构成火焰筒，燃烧室内圈和燃烧室外圈表面设置有圆形通孔，所述燃烧室内圈的前侧设置有燃烧室前盖，燃烧室前盖与燃烧室外圈通过燃烧室前盖法兰边连接，燃烧室外圈的后侧设置有燃烧室后盖，燃烧室后盖与燃烧室外圈通过燃烧室后盖法兰边连接，以燃烧室后盖中心为圆心，圆周上均匀分布有蒸发管，所述燃烧室内圈和燃烧室外圈表面设置的圆形通孔，从前到后依次形成了主燃区、补燃区、冷却区。
2.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：燃烧室前盖的前端还设置了多个燃烧室支柱，燃烧室支柱均匀分布在燃烧室前盖的前端圆周面上，燃烧室支柱上安装有燃烧室支柱弹簧。
3.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：圆形通孔以燃烧室内圈和燃烧室外圈的中心等角度分布，但不均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：所述燃烧室前盖靠近燃烧室前盖中心段设置为锥形结构，燃烧室后盖在燃烧室后盖中间处也设置为锥形结构，燃烧室内圈的燃烧室内圈出口处也设置为锥形结构。
5.根据权利要求4所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：所述燃烧室前盖中心段的锥形结构，其角度范围为135°~145°。
6.根据权利要求4所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：所述燃烧室后盖中间处的锥形结构，其角度范围为105°~115°。
7.根据权利要求4所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：所述燃烧室内圈出口处的锥形结构，其角度范围为163°~173°。
8.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：燃烧室前盖与燃烧室内圈使用氩弧焊在一起，焊接处形成了前盖与内圈焊接点。
9.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：燃烧室支柱与燃烧室前盖使用氩弧焊连接，焊接处形成了支柱与前盖焊接点。
10.根据权利要求1所述的一种微型涡喷发动机的燃烧室，其特征在于：蒸发管共十二根，燃烧室后盖与蒸发管使用氩弧焊在十二处焊接在一起，焊接处形成了蒸发管与后盖焊接点。
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