一种基于外凹腔的旋流加力燃烧室制造技术

本发明专利技术公开了一种基于外凹腔的旋流加力燃烧室，包括外筒体组件、中心体组件和油路组件；所述外筒体组件包含外机匣和防震隔热屏；所述中心体组件包括旋流装置、内机匣、截锥、分流板、外凹腔火焰稳定器。本发明专利技术通过外凹腔火焰稳定器、旋流装置、截锥间的配合，能够以较低的阻力损失来实现高速气流中火焰的稳定及快速传播，从而实现高效、低阻燃烧和对热端部件的有效热防护，并满足燃烧室出口温度的均匀、合理分布。

A swirling force combustor based on a concave cavity

The invention discloses a swirling force combustor based on an outer concave cavity, including the outer barrel component, the center body component and the oil circuit component. The outer barrel assembly includes the outer casing and the shock proof insulation screen, and the centrobody assembly includes the swirling flow device, the inner casing, the truncated cone, the shunt plate and the outer cavity flame stabilizer. The invention can achieve the stability and rapid propagation of flame in high speed air through the coordination between the flame stabilizer, swirl device and cone of the cavity, so as to realize the stability and rapid propagation of the flame in the high speed air flow, so as to achieve the efficient, low resistance combustion and effective thermal protection for the hot end components, and meet the uniform and reasonable distribution of the combustion chamber outlet temperature.

【技术实现步骤摘要】
一种基于外凹腔的旋流加力燃烧室
本专利技术属于涡扇发动机燃烧室，特别涉及一种加力燃烧室。
技术介绍
随着飞行速度和飞行空域的不断扩展，对发动机的性能要求日益提高，现代高性能涡扇加力燃烧室的工作条件与前期燃烧室相比有很大变化。随着进口燃气温度大大提高，加力燃烧室中的点火变得容易，燃油喷杆和火焰稳定器等部件的结构可靠性问题则变得突出。同时高温下快速蒸发的燃油在高速气流中的穿透深度很小，已经不能依靠射流来促使燃油和空气的掺混，点火后在稳定器尾迹区内形成的点火源很难向四周传播，因此为了达到截面上燃油分布均匀，促进火焰的传播，需要利用支板等流线型钝体或凹腔结构，采用多点、多路供油，而在高速气流中这些必然会带来较大的阻力损失。另外，随着战斗机对隐身性能的不断重视，加力燃烧室作为发动机尾部的热端部件，设计中也需要满足红外隐身和雷达隐身要求。因此，从20世纪90年代开始，国外就提出了一种加力燃烧室与涡轮后框架一体化设计的方案，即将涡轮排气框架的整流支板和加力燃烧室的火焰稳定器一体化设计，并在其内部安置燃油管路，取消了设置在流路中的加力稳定器和喷油装置，大大降低了流体损失，同时还有效缩短了加力燃烧室长度，使结构更加紧凑，引外涵空气冷却整流支板、稳定器及燃油管路可以有效提高结构耐久性，提高发动机推重比。一体化设计的稳定器解决了供油和火焰稳定技术及其两者的匹配技术，但其下游火焰区直接受燃油分布的影响，当地油气分布直接影响着加力燃烧室的静态和动态稳定特性，必须设计不对压力降敏感的先进喷油方法来实现合理的油气分布。对于先进加力燃烧室，必须兼顾供油、掺混和稳定三方面的影响因素，采用供油、掺混和稳定一体化设计来实现合理的油气分布，达到全工况下的火焰稳定，获得高效、低阻的燃烧特性，实现对热端部件的有效热防护，从而满足先进涡扇加力燃烧室的寿命要求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种加力燃烧室，该燃烧室通过外凹腔火焰稳定器、旋流装置、截锥间的配合实现火焰的稳定及快速传播，解决现有燃烧室火焰传播难、燃烧效率低的问题，从而实现高效、低阻燃烧和对稳定和供油结构的有效热防护，并满足燃烧室出口温度的均匀、合理分布。技术方案：本专利技术所述一种加力燃烧室，包括外筒体组件、中心体组件和油路组件；所述外筒体组件包含外机匣和防震隔热屏；所述中心体组件包括内机匣、旋流装置、分流板、截锥、外凹腔火焰稳定器；所述油路组件包含主流喷油杆和凹腔喷油孔，所述外凹腔火焰稳定器位于分流板后端，外凹腔火焰稳定器向外筒体方向形成凸起并向后延伸，与防震隔热屏留有间隔，形成二次流通道。所述外凹腔火焰稳定器包括前壁面、中壁面与后壁面；所述前壁面与截锥尾端轴向对齐；所述腔面位于前壁面后端，与外机匣平行设置；所述中壁面与后壁面分别与腔面后端连接，向后延伸。所述外凹腔火焰稳定器中壁面的后缘角30-90°；所述外壁面的后缘角为10-15°。所述外凹腔火焰稳定器的长度和凸起深度的比值为3-7。所述截锥的锥面扩张角为8-12°。所述截锥的上端与分流板的距离为燃烧室半径的60-65％，为截锥到外机匣后端的距离的25-50％。所述旋流装置包含内环、外环及连接内环与外环的若干叶片。所述叶片等距排列，叶片与旋流装置的纵切面的角度为15-45°。所述外环与外机匣之间的间距为燃烧室进口直径的25-30％；所述旋流装置的内环与内机匣之间的间距为燃烧室进口直径的10％-15％。有益效果：(1)本专利技术通过外凹腔火焰稳定器、旋流装置、截锥间的配合，利用离心力加快凹腔火焰的径向传播，实现整个燃烧室截面上的联焰，从而大量减少径向或周向火焰稳定器，增加总压恢复系数，提高燃烧室性能。(2)本专利技术外凹腔作为值班火焰稳定器，以较低的阻力损失实现可靠点火及值班火焰稳定，通过单独供油拓宽燃烧室点火极限。(3)本专利技术经过旋流装置产生的部分旋流强化油气掺混，改善油雾周向分布，降低对喷油系统的严苛的要求，并调整旋流与轴流的比例控制总压损失。(4)本专利技术通过对燃烧室结构的改进，产生的离心力抑制截锥火焰与未燃混气分界面上导致熄火的火焰大规模畸变，拓宽燃烧室熄火界限。(5)本专利技术燃烧室中产生的离心力使得高温产物在浮力作用下向燃烧室中心迁移，降低隔热屏等部件内壁面温度，进而降低燃烧室及尾喷管的冷却难度。附图说明图1是本专利技术60°燃烧室三维结构示意图；图2是本专利技术燃烧室进口空气流示意图；图3为本专利技术外凹腔火焰稳定器结构示意图；图4是本专利技术燃烧室冷态流场流线图；图5是本专利技术燃烧室切向速度等值线图；图6是本专利技术Y20Z0布局的燃烧室冷态流场流线图；图7是本专利技术Y0Z50布局的燃烧室冷态流场流线图；图8是本专利技术不同凹腔位置下旋流腔进出口轴向速度分布图；图9是本专利技术不同凹腔位置下旋流腔进出口切向速度分布图；图10是本专利技术不同凹腔位置下沿程火焰面发展图。具体实施方式实施例1：如图1和图2所示，一种加力燃烧室，包括外筒体组件，中心体组件和油路组件；外筒体组件包含外机匣1和防震隔热屏2；所述中心体组件包括内机匣3、旋流装置4、分流板5、截锥6、外凹腔火焰稳定器7；所述旋流装置包含内环41、外环42及连接内环与外环的若干叶片43，叶片等距排列，叶片与旋流装置的纵切面的角度为25°。所述外环与外机匣之间的间距为燃烧室进口直径的25％；所述旋流装置的内环与内机匣之间的间距为燃烧室进口直径的10％。外凹腔火焰稳定器7位于分流板5后端，如图3所示，外凹腔火焰稳定器包括前壁面71、腔面72、中壁面73与后壁面74。形成腔体结构；所述前壁面与截锥尾端轴向对齐，外凹腔火焰稳定器深度20mm、外凹腔火焰稳定器长度与深度比值为5、中壁面的后缘角为θ1为30°，外壁面的后缘角θ2为15°，防止气流在外壁面上分离。所述油路组件包含位于旋流装置后端的主流喷油杆8和位于外凹腔火焰稳定器前壁面的凹腔喷油孔9。来流从燃烧室进口进入燃烧室，来流经过旋流装置可形成部分旋转流体，通过旋流装置外环与外机闸之间形成外环轴流10，通过旋流装置内环与内机闸之间形成内环轴流11，通过旋流装置的内环与外环之间的来流形成旋流13，内环轴流11对旋流13起阻挡作用，保证截锥表面不产生分离。外环轴流10、内环轴流11和旋流13的气体，经过位于旋流装置后端的主流喷油杆，喷油杆的喷油孔主要分布在旋流13区内，喷油孔的大小及分布与旋流装置的设计相匹配，喷射燃油方向与燃烧室轴向平行，经过主流喷油杆后形成的油气混合气，利用旋流切向速度强化油气掺混、改善燃油周向分布，并利用离心力场下不同粒径油珠上离心力的差异实现燃油合理的径向分布，从而实现燃油的均匀、合理分布。通过内环与内机匣之间的距离，外环与、外机闸之间的距离分布的相互匹配及叶片的角度可以调整轴向来流经过旋流叶片的流体分布形式，控制旋流与轴流的比例，从而实现燃烧室内离心力场的调节。与常规旋流燃烧室形成轴向低速回流区稳定火焰的机制不同，本专利技术中旋流的作用为产生离心力场加速火焰径向传播。来流经过截锥与分流板形成扩压段14，本实施例中截锥的锥面扩张角为10°，高度为70mm，在避免气流沿锥面流动时发生分离的前提下，利用较短的燃烧室轴向长度实现气流的扩压减速；与截锥锥面扩张角相互匹配，在截锥后方形成合理的低速回流区，以较低的流动损失形成稳定的截锥火焰。油气混合气体随后经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加力燃烧室，包括外筒体组件、中心体组件和油路组件；所述外筒体组件包含外机匣(1)和防震隔热屏(2)；所述中心体组件包括内机匣(3)、旋流装置(4)、分流板(5)、截锥(6)，其特征在于，所述中心体组件包括外凹腔火焰稳定器(7)；所述外凹腔火焰稳定器位于分流板(4)后端，外凹腔火焰稳定器向外筒体方向形成凸起并向后延伸，与防震隔热屏留有间隔，形成二次流通道。

【技术特征摘要】
1.一种加力燃烧室，包括外筒体组件、中心体组件和油路组件；所述外筒体组件包含外机匣(1)和防震隔热屏(2)；所述中心体组件包括内机匣(3)、旋流装置(4)、分流板(5)、截锥(6)，其特征在于，所述中心体组件包括外凹腔火焰稳定器(7)；所述外凹腔火焰稳定器位于分流板(4)后端，外凹腔火焰稳定器向外筒体方向形成凸起并向后延伸，与防震隔热屏留有间隔，形成二次流通道。2.根据权利要求1所述的加力燃烧室，其特征在于，所述外凹腔火焰稳定器包括前壁面(71)、腔面(72)、中壁面(73)与后壁面(74)；所述前壁面与截锥尾端轴向对齐；所述腔面位于前壁面后端，与外机匣平行设置；所述中壁面与后壁面分别与腔面后端连接，向后延伸。3.根据权利要求2所述的加力燃烧室，其特征在于所述外凹腔火焰稳定器中壁面的后缘角为30-90°；所述外壁面的后缘角为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：范育新，缪俊杰，翟文辉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32