加力燃烧室头部三级旋流结构 |
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| 申请号 | CN201611006145.8 | 申请日 | 2016-11-16 | 公开(公告)号 | CN106678870A | 公开(公告)日 | 2017-05-17 |
| 申请人 | 西北工业大学; | 发明人 | 张群; 李逸飞; 寇睿; 宋亚恒; 李承钰; 黎超超; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种加 力 燃烧室 头部三级旋流结构，该结构能够在加力燃烧室中产生大范围回流区，稳定火焰燃烧，同时能够减小压力损失，增强加力燃烧室中燃 油雾 化程度，提高燃烧效率，并能够有效冷却壁面。通过合理设置整流支板旋转 角 度，使气流反向旋流流 动能 够增加燃油与空气间的剪切力，提高燃油雾化程度。气流流动方向没有突变，故 流动阻力 小。气流旋流贴壁运动，能够在加力燃烧室壁面与燃烧区之间形成气膜，保证加力燃烧室壁面的冷却效果。本发明的优势在于，能够有效改善加力燃烧室中气流速度过高点火以及维持火焰稳定燃烧困难的问题，产生较小的压力损失。同时能够提高燃油的雾化 水 平，进而能够保证燃烧的高效进行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.加力燃烧室头部三级旋流结构，其特征在于：加力燃烧室入口整流支板分为三级，其中三级整流支板高度占加力燃烧室入口总高度的1/3～1/2。三级整流支板的高度分配为： |
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| 说明书全文 | 加力燃烧室头部三级旋流结构技术领域[0001] 本发明属于加力燃烧室领域，具体涉及一种加力燃烧室中改变进气气流流动状态，产生旋流，增加加力燃烧室中火焰稳定范围的头部结构 背景技术[0002] 加力燃烧室是在涡轮后燃气或燃气与外涵的混合气中喷油点火燃烧，用以提高气流温度、短期内增大发动机推力的装置。歼击机在启动加力时，涡轮后的燃气进入加力燃烧室，并首先在扩压器中减速扩压，然后与喷嘴喷入的燃油掺混形成油气混合气。气流经涡轮膨胀做功后，即便经扩压器减速扩压，但与主燃烧室相比，仍然是压力低、流速高、不易点燃。即便点燃也极易被上游高速气流吹熄。所以必须采取火焰稳定措施保证在高速流场中具有稳定的点火源，能够维持加力燃烧室中混合油气的燃烧。 [0003] 传统的加力燃烧室火焰稳定器包括V型稳定器、驻涡稳定器、沙丘驻涡稳定器、吸入式稳定器、预燃式稳定器、蒸发式稳定器等。其中V型稳定器是最基本的火焰稳定器，大多数稳定器的稳定机理都和它相似，并在此基础上发展起各种改进形式和增强性能的结构方案。V形槽火焰稳定器属于钝体火焰稳定器的一种，高速气流在在经过钝体之后，气流被分场两股，在钝体的尾部形成低压区，从而产生逆压梯度，这样将会导致气流回流，进而产生回流区，气流速度降低，从而保证燃烧的稳定性。 [0004] 由于V形槽火焰稳定器工作范围较窄，且在高速的流场中总压损失较大，加力燃烧室中采用整流支板与火焰稳定器一体化的设计方案，可取消传统加力燃烧室火焰稳定器，将大大减小非加力“冷态”下的流阻损失，能够有效的减小火焰稳定器的体积和长度，缩短加力燃烧室长度，减少附加质量，提高发动机的推重比。 [0005] 整流支板的设计一般为垂直与加力内锥壁面，并且与气流流向平行，即整流支板与气流流向之间没有角度，气流从整流支板进入加力燃烧室内部时气流方向不发生改变。气流在整流支板尾部的凹腔中产生低压区，形成局部回流区，从而稳定火焰燃烧。由于整流支板的大小有限，因此整流支板尾部的凹腔提供的回流区大小有限。本次设计的一体化整流支板结构，在加力燃烧室头部结构设计上有所创新，增加两级整流支板结构，改变加力燃烧室头部气流流动状态，从而提高加力燃烧室内的回流区大小，增加稳定燃烧的空间，提高加力燃烧室燃烧稳定性以及燃烧效率。 发明内容[0006] 本发明要解决的技术问题是加力燃烧室头部可以产生旋转气流增大回流区的三级旋流进气结构。与现有技术相比，该发明主要在加力燃烧室头部进行分级加装整流支板，气流通过不同级的通道进入加力燃烧室后，产生旋流，在加力燃烧室中，气流通过分级整流支板后，以螺旋渐开线的旋转方式向燃烧室尾部运动，从而使加力燃烧室中心位置产生回流，因此能够有效的增大稳定燃烧的区域，保证加力燃烧室的燃烧稳定性和燃烧效率。 [0007] 技术方案 [0008] 本发明的目的在于提供一种加力燃烧室头部三级旋流结构。 [0009] 本发明的目的是这样实现的： [0010] 加力燃烧室入口位置采用三级整流支板，其中一二级整流支板旋向相同，分别顺时针旋转30°和35°，第三级整流支板逆时针旋转30°。三级整流支板总高度占加力燃烧室入口高度的1/3～1/2。三级整流支板的高度分配为：第一级、第二级整流支板高度占整流支板总高度1/3～2/5，第三级整流支板高度占整流支板总高度1/3～1/5，其中，第三级整流支板的高度要小于第一级和第二集整流支板高度。第一级整流支板轴向长度为250mm～300mm，第二级整流支板轴向长度为450mm～500mm，一二级整流支板起始位置位于加力燃烧室进口位置。第三级整流支板轴向长度为450mm～500mm，第三级整流支板起始位置位于第一级整流支板尾部。 [0011] 整流支板叶型均采用流线形设计，整体形状类似子弹头。整流支板厚度为40mm～50mm，其中叶型为对称曲线，其中一侧曲线为半径为2000mm～2500mm的圆弧的劣弧部分。整流支板头部曲线为半径为2mm的圆弧的劣弧部分，整流支板尾部为半径为20mm～30mm圆弧的劣弧部分。整流支板在加力燃烧室中呈周向均匀分布，一周分布12个整流支板。 [0012] 采用本发明可取得以下有益效果： [0013] 1.本发明采用多级整流支板的加力燃烧室头部结构，能够有效的改变进入加力燃烧室气流的流动状态。多级整流支板带有一定角度，能够使进入加力燃烧室的气流发生旋转，气流在加力燃烧室中旋转前进，并逐渐向加力燃烧室壁面扩散，可使加力燃烧室内中心部分产生低压区，从而能够在加力燃烧室中心产生回流区，从而能够大幅降低气流流速，提供稳定燃烧的区域。 [0014] 2.第二级和第三级整流支板间气流旋向相反，从而由第二级和第三级整流支板进入的空气之间会产生较大的剪切力，从而使燃油能够更快的进行一次雾化过程。同时，液滴进行雾化的同时，与旋转的气流进行掺混，进一步发生雾化蒸发，从而能够加速燃油雾化过程，提高燃油与空气混合的均匀程度，从而能够保证更高的燃烧效率和燃烧稳定性。 [0015] 3.三级整流支板较单级整流支板进气量要多，因此充足的气量能够保证燃烧充分的进行，燃烧效率能够有效提高。 [0017] 图1：三级旋流头部立体图； [0018] 图2：三级旋流头部侧向图； [0019] 图3：三级旋流头部正向图； [0020] 图4：加力燃烧室整体图； [0021] 图5：整流支板截面图 [0022] 图4中：1-第一级整流支板，2-第二级整流支板，3-第三级整流支板具体实施方式 [0023] 现结合附图对本发明作进一步描述： [0024] 结合图1、图2和图3，本发明提供了一种在加力燃烧室中可改变入口气流流动状态，提高加力燃烧室中燃烧稳定性与燃烧效率的三级整流支板结构。图1为三级整流支板的立体图，图2为整流支板侧向图，图3为整流支板正向图，可以明显看出三级整流支板的高度分配。图4为整个加力燃烧室的结构图。 [0025] 加力燃烧室中，由于进气气流速度快，且压力较低，点火以及维持火焰的稳定燃烧室十分困难，这就需要在加力燃烧室中加装火焰稳定装置来降低气流速度，从而保证火焰不被高速气流吹熄，同时能够维持火焰的持续燃烧。在传统的加力燃烧室中，一般采用V形槽或V形槽的变形形状的钝体火焰稳定器，采取钝体稳定火焰将会造成过大的总压损失。同时，V形槽火焰稳定器的稳焰区域较小，所以为保证在大范围内的火焰稳定燃烧，往往设置多排V形槽火焰稳定器，这将造成更大的总压损失，不利于燃烧的充分进行。采取三级整流支板结构，可以从整体上改变加力燃烧室的内部流动状态，从而能够产生大范围的回流区，增加火焰稳定的范围。同时，同向与反向整流支板可使两级整流支板之间的气流剪切力增加，增强燃油的破碎雾化以及掺混的过程，从而能够保证燃烧的充分进行。 [0026] 气流进入加力燃烧室后，通过整流支板后，气流流动状态发生改变，其中通过第一级和第二级整流支板的气流旋向相同(图4中1和2)，旋转角度相差5°，其中第一级整流支板进气量相对第二级整流支板较小。第三级整流支板(图4中3)与第一级和第二级整流支板旋向相反。图4所示的加力燃烧室整体结构中，气流通过第一级与第二级整流支板后，气流螺旋前进，从而使的加力燃烧室壁面附近气流速度高而中心气流速度低，贴壁的旋转气流对中心的空气具有卷吸作用从而使得加力燃烧室中心压力偏低，而加力燃烧室后部受到旋转气流的卷吸作用较弱，因此压力相对较高，从而使加力燃烧室中形成逆压力梯度，进而在加力燃烧室中部产生回流区保证火焰的稳定燃烧，气流通过第三级整流支板后，旋向与通过第二级整流支板的气流相反，因此会产生较大的剪切力从而能够加速燃油的一次雾化程度，同时，气流通过第三级整流支板后，贴近加力燃烧室壁面运动，因此可以在加力燃烧室壁面位置形成气膜，从而能够起到冷却加力燃烧室壁面的作用。 |
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