技术领域
[0001] 本
发明属于
发动机技术领域，具体涉及混合稳焰装置。
背景技术
[0002] 空气
涡轮火箭(ATR)发动机等组合动
力发动机工作范围宽(Ma0-3.5+)，
燃烧室入口空气和可燃气的流量、流速、
温度、
角度以及混合比等参数随发动机工况的变化而不断变化。在燃烧室内组织内涵可燃气与外涵空气的稳定高效燃烧，对于发动机性能至关重要，而提高可燃气与空气的混合均匀度是燃烧室实现高效率燃烧的最有效途径。
[0003] 内、外涵气流混合通常采用波瓣式混合器，利用波瓣尾缘两股气流
边界层黏性剪切
应力强化混合。但可燃气在气态环境中的穿透能力有限，单纯依靠内、外涵气流速度差的黏性剪切很难实现两股气流在短距离内的高效均匀混合。
发明内容
[0004] 本发明的技术解决问题是：提供一种混合稳焰装置，可以在压力损失较低的情况下，实现内涵可燃气与外涵空气的高效混合燃烧。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种混合稳焰装置，包括波瓣混合器、盖板和扰流柱；盖板的外形与波瓣混合器的气流出口端形状一致，盖板与波瓣混合器的气流出口端固连，两者之间形成集气腔，将可燃气收集起来；扰流柱对称地固连在波瓣混合器的气流出口端外侧；扰流柱的内腔与集气腔相通，扰流柱的
侧壁和盖板上分别设置有喷注孔a和喷注孔b，通
过喷注孔a和喷注孔b对可燃气进行二次分流后进入燃烧室与空气进行掺混。
[0006] 本发明的原理：在波瓣混合器外涵空气气流出口
位置布置扰流柱，能够在扰流柱下游形成大尺度的径向涡，强制外涵空气在混合器出口沿扰流柱周向流动，缩短外涵空气与内涵可燃气的混合距离，提高空气与混合器内涵出口可燃气的
质量交换率，改善掺混效果。在波瓣混合器内涵可燃气路出口安装盖板，将内涵可燃气收集起来，并利用盖板和扰流柱上的喷注孔将内涵可燃气二次分流进入燃烧室，提高可燃气的喷注压力，进而提高可燃气在气态环境中的穿透能力，从而实现外涵空气与内涵可燃气的高效混合。
[0007] 进一步地，波瓣混合器为斜切式波瓣混合器，其波瓣尾缘斜切角为20～45°，波瓣尾缘斜切角能够增加气流的径向速度，使出口流场
湍流度增大，以较小的混合器质量、气流黏性损失和较低的燃烧室内壁面局部高温区实现较高的掺混效率。
[0008] 进一步地，波瓣混合器的波瓣总数为8～24。
[0009] 进一步地，波瓣混合器为菊花状结构，各波瓣以波瓣混合器的轴中心为原点。
[0010] 进一步地，扰流柱连接在波瓣混合器的波瓣之间，其总数与混合器的波瓣总数一致，使得内涵可燃气能够更均匀地二次分流，从而使得内涵可燃气与外涵空气的混合更均匀。
[0011] 进一步地，波瓣混合器、盖板和扰流柱均采用高温
合金材料制成，保证本发明的混合稳焰装置能够在高温环境和高热气流的工作环境下较长时间稳定可靠工作。
[0012] 进一步地，扰流柱的形状、尺寸和安装位置、角度根据燃烧室几何参数及燃烧室入口来流参数进行选取。
[0013] 进一步地，扰流柱为圆柱形结构。
[0014] 进一步地，喷注孔a和喷注孔b的尺寸、位置、方向和数目根据燃烧室来流参数选取，能够更好地均衡整个燃烧室的余气系数，使得燃烧释热位置可控，能够提高混合器后方低速回流区的稳焰能力，实现空气和可燃气的宽范围高效稳定燃烧。
[0016] (1)本发明采用斜切式波瓣混合器，在斜切式波瓣混合器外涵空气气流出口位置增加扰流柱，一方面有助于提高燃烧室中的湍流度，强化内、外涵气流掺混效果，缩短可燃气与空气的混合距离，减少燃烧室长度；另一方面能够增加混合器后方低速回流区范围，有利于燃烧室点火稳焰。
[0017] (2)本发明将盖板与扰流柱的二次分流作用相结合，通过调整喷注孔尺寸、位置、方向、数量能够更好地均衡整个燃烧室的余气系数，使得燃烧释热位置可控，能够提高混合器后方低速回流区的稳焰能力，实现空气和可燃气的宽范围高效稳定燃烧，满足组合动力宽范围工作需求。
附图说明
[0018] 图1是本发明混合稳焰装置的正视图。
[0019] 图2是本发明混合稳焰装置沿轴向剖视图。
[0020] 图3是本发明的波瓣混合器的结构示意图。
[0021] 图4是本发明的盖板的结构示意图。
[0022] 图5是本发明的扰流柱的结构示意图。
[0023] 图6是本发明混合稳焰装置的安装示意图。
[0024] 附图标记：1-波瓣混合器，11-波瓣，12-连接孔，2-盖板，3-扰流柱，5-喷注孔a，6-喷注孔b，7-燃烧室，8-喷管，9-涡轮，10-点火器，ɑ-斜切角，d-混合器尾缘截面直径。
具体实施方式
[0025] 组合动力发动机燃烧室入口内、外涵气流混合通常采用波瓣式混合器，利用波瓣尾缘两股气流边界层黏性
剪切应力强化混合。但可燃气在气态环境中的穿透能力有限，单纯依靠内、外涵气流速度差的黏性剪切很难实现两股气流在短距离内的高效均匀混合。因此，必须采用更为高效的强化混合机制，改善两股气流的空间分散特性，缩短混合距离，增强复杂来流条件下的空气与可燃气混合和掺混，提高燃烧效率，进而改善发动机的整体性能，本发明正是为此做出的改进。
[0026] 下面结合
实施例及附图，对本发明作详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0027] 具体的，如图1、2所示，本发明的混合稳焰装置，包括波瓣混合器1、盖板2和扰流柱3，波瓣混合器1、盖板2和扰流柱3均采用
高温合金材料制成，三者采用高温合金
焊丝焊接装配，具体的高温合金材料可以采用GH3128。安装时，波瓣混合器1、盖板2、扰流柱3依次沿气流流动方向设置。盖板2和扰流柱3的布置能够增加混合器后方燃烧室轴线附近的低速回流区范围。
[0028] 其中，如图4所示，盖板2外形与波瓣混合器气流出口端形状一致，盖板2上设置有喷注孔b6，具体的，喷注孔b6沿盖板2径向成排设置，盖板2与波瓣混合器1的气流出口端焊接连接，两者之间形成集气腔，集气腔将可燃气收集起来。在波瓣混合器1内涵可燃气气流出口安装盖板2可以增加装置整体
刚度，因此，波瓣混合器1选择较小的壁厚即可满足工作需求。如盖板2的壁厚为2mm，则波瓣混合器1的壁厚为1mm。
[0029] 优选的，如图3所示，波瓣混合器1为斜切式波瓣混合器，斜切式波瓣混合器具体可以为菊花状结构，各波瓣11以波瓣混合器1的轴中心为原点，沿径向
辐射状均匀分布；斜切式波瓣混合器1的结构参数，如波瓣11数目、无量纲波瓣11穿透率(波瓣11高度与波瓣11尾缘截面流通腔道高度之比)、内扩张角、外扩张角、波瓣11尾缘面积比(波瓣11尾缘截面积与该截面流通腔道截面积之比)和波瓣11长度等参数根据燃烧室尺度和入口气流参数进行优化设计。波瓣混合器1的波瓣11总数可以在8-24之间选择，其波瓣11尾缘斜切角在20-45°之间选择，混合器尾缘截面直径d取值为该截面流通腔道直径的15％-40％；如波瓣11总数为12个，各波瓣11尾缘斜切角相同，均为30°，波瓣混合器1尾缘截面直径取值为90mm。
[0030] 在波瓣混合器1外涵空气气流出口位置增加扰流柱3；扰流柱3对称地焊接在波瓣混合器1的气流出口端外侧。在斜切式波瓣混合器外涵空气路出口位置布置扰流柱3，能够在扰流柱3下游形成大尺度的径向涡，强制外涵空气在混合器出口沿扰流注3周向流动，提高空气与混合器内涵出口可燃气的质量交换率，改善掺混效果。
[0031] 具体的，扰流柱3连接在波瓣混合器1的波瓣11之间，与两侧波瓣11距离相等。扰流柱3的形状、尺寸和安装位置、角度根据燃烧室几何参数及燃烧室入口来流参数进行选取。参数设计原则为：既要尽可能保证混合器后方空气、可燃气均匀掺混，又要确保气流压力损失满足发动机总体性能设计要求。如图5所示，如扰流柱3可以为圆柱形结构也可以是其他结构，为圆柱结构时具体的可以是空心圆柱结构，其内部空腔形成扰流注的内腔；扰流柱3的侧壁上设置有喷注孔a5，其总数与混合器的波瓣11总数一致，为12个，外径为8mm，内径为
6mm，长为80mm，其轴线与波瓣混合器1的轴向垂直，距波瓣混合器1的尾缘截面距离为7mm。
具体的，与斜切式波瓣混合器连接的一端具有斜切角ɑ，该斜切角的一端开口设置，该斜切角的参数设计原则为：保证扰流柱3与斜切式波瓣混合器的型面尽量贴合，便于焊接装配，如斜切角的取值为35°。斜切式波瓣混合器的可燃气气流出口端沿轴向均匀设置有连接孔
12，该连接孔用于与扰流柱3连接，且装配后扰流柱3的内腔与集气腔相通。扰流柱3的内腔与喷注孔a5、斜切角开口形成可燃气的气流通道。利用盖板2和扰流柱3上的喷注孔将内涵可燃气二次分流进入燃烧室，可以提高可燃气的喷注压力，进而提高可燃气在气态环境中的穿透能力。
[0032] 本发明根据燃烧室尺度和燃烧室入口来流参数优化混合器波瓣11数目、波瓣11尾缘斜切角、喷注孔大小、相对位置、方向和数目以及混合器出口尾端截面直径、扰流柱3的位置、形状等参数，在气流压力损失较低的情况下，实现外涵空气与内涵可燃气的强化掺混及稳定高效燃烧。
[0033] 具体的，喷注孔a5和喷注孔b6的形状不限于圆形，其尺寸、位置、方向和数目根据燃烧室入口来流参数进行选取。参数设计原则为：既要保证混合器波瓣11后方空气、可燃气均匀掺混，又要确保混合器后方轴线附近的低速回流区余气系数在一个合理的范围内(通常在0.8-1.2)，进而在混合器后方形成一个低速稳焰区，保证
燃料在燃烧室中的高效、稳定燃烧。此外，喷注孔a5和喷注孔b6的总面积取值应确保气流压力损失满足发动机总体性能设计要求。如燃烧室入口来流参数为空气流量10kg/s、空气流速100m/s、可燃气流量1kg/s、可燃气流速150m/s时，喷注孔a5和喷注孔b6为圆形，直径为0.5-8mm不等，方向与波瓣混合器1的轴向平行，总面积取波瓣混合器1的内涵可燃气入口总面积的8％。
[0034] 本发明根据燃烧室入口来流参数调整喷注孔尺寸、相对位置、方向及数目，可以实现差异化分流，能够在压力损失较低的情况下，提高空气与可燃气的质量交换率，使得波瓣混合器1后方混气压力、温度和速度比较均匀，燃烧区分布更为广泛，燃烧更为剧烈。
[0035] 本发明的混合稳焰装置主要用于空气涡轮火箭(ATR)发动机等组合动力发动机燃烧室入口外涵空气与内涵可燃气之间的混合及火焰稳定，也可作为其它领域气流混合装置。具体使用时，本发明的混合稳焰装置安装在组合动力发动机，如空气涡轮
火箭发动机燃烧室入口(末级涡轮9之后)，如图6所示。可燃气经内涵流道进入集气腔，通过喷注孔a5和喷注孔b6二次分流进入燃烧室7，空气经外涵流道进入燃烧室；两股气流在本发明混合稳焰装置作用下掺混，被点火器10点燃燃烧，经喷管8膨胀产生推力。
[0036] 本发明
说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
