一体式异质多相流掺混稳焰装置及组合动力发动机燃烧室制造方法及图纸

本申请涉及组合动力发动机的领域，具体公开了一种一体式异质多相流掺混稳焰装置及组合动力发动机燃烧室，包括波瓣混流器；喷注稳焰支板，内设有喷注腔，表面设有与喷注腔连通的喷注孔，喷注稳焰支板设置多个，多个喷注稳焰支板的一端均连接于波瓣混流器沿着气流方向的尾端，喷注稳焰支板的另一端连通于混流器法兰；混流器法兰，内部设置有燃油通道，设有与燃油通道连通的供油接管嘴，燃油通道与喷注腔连通，混流器法兰与燃烧室壳体连接。解决了发动机在不同工作模态下不同介质燃料和外涵空气(氧化剂)高效掺混燃烧的问题。气(氧化剂)高效掺混燃烧的问题。气(氧化剂)高效掺混燃烧的问题。

【技术实现步骤摘要】
一体式异质多相流掺混稳焰装置及组合动力发动机燃烧室


[0001]本申请涉及空气涡轮火箭组合动力发动机
，具体涉及发动机燃烧室内气
‑
气和气
‑
液掺混稳焰装置。

技术介绍

[0002]空气涡轮火箭(ATR)发动机等组合动力发动机工作范围宽(Ma＝0～4),燃烧室入口空气和富燃燃气的流量、速度、温度、压力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富燃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，而提高富燃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。从国内外学者的研究发现，采用波瓣式混流器方案能有效地解决空气和富燃燃气(气
‑
气)混合问题。
[0003]但是，随着临近空间动力需求的不断提高，对空气涡轮火箭发动机性能需求随之提高，既要保证发动机零速起飞、工作范围宽、加速性好的原有优势，又需要高速巡航时间长、推力大、比冲高的性能特点。为了实现这一性能特点，组合发动机需要在不同的工作模态下工作，即ATR模态和冲压模态。在冲压模态下，引入燃油供应系统，并实现燃油和外涵空气(气
‑
液)掺混燃烧，从而达到巡航高性能要求。不同模态工作介质的差异以及各个模态下燃烧室入口来流参数随工况的大幅变化，给高效燃烧组织带来了极大挑战。然而，单纯的波瓣式混流器方案无法实现气
‑
液掺混燃烧的目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：为了解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提出一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，实现组合动力发动机在不同工作模态下不同介质燃料和氧化剂(气
‑
气和气
‑
液)高效掺混燃烧，解决发动机在不同工作模态下燃料和氧化剂高效掺混燃烧的问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一体式异质多相流掺混稳焰装置，波瓣混流器；喷注稳焰支板，内设有喷注腔，表面设有与喷注腔连通的喷注孔，喷注稳焰支板设置多个，多个喷注稳焰支板的一端均连接于波瓣混流器沿着气流方向的尾端，喷注稳焰支板的另一端连通于混流器法兰；混流器法兰，内部设置有燃油通道，混流器法兰设有与燃油通道连通的供油接管嘴，燃油通道与喷注腔连通，混流器法兰与燃烧室壳体连接。
[0007]通过上述技术方案，燃烧室内需要液态燃油时，液态燃油从供油接管嘴注入到混流器法兰的燃油通道内，然后经过燃油通道进入喷注腔，之后从喷注孔喷出。
[0008]所述波瓣混流器为斜切式波瓣混流器。
[0009]所述喷注稳焰支板的一端焊接在波瓣混流器的波谷处。
[0010]所述波瓣混流器的波瓣与喷注稳焰支板交错布局，波瓣数量和喷注稳焰支板数量保持相同；数量为8～16个。
[0011]所述喷注稳焰支板包括两个连接板，两个连接板之间的夹角小于180
°
，两个连接板之间夹角小于180
°
的一侧为喷注稳焰支板的开口端，喷注稳焰支板的开口端背向气流方向。即两个连接板的结构设置，使喷注稳焰支板呈V字型，V字型的开口方向背向气流方向。
[0012]所述喷注稳焰支板与波瓣混流器后端面呈一定角度，倾斜角α为5～10
°
。即所述喷注稳焰支板的中心线与波瓣混流器中轴线的垂直面之间的夹角为5～10，且喷注稳焰支板远离波瓣混流器的一端沿来流方向倾斜。
[0013]所述喷注稳焰支板的长度、V型槽宽等尺寸根据发动机设计工况参数来选取。
[0014]所述波瓣混流器与喷注稳焰支板在混流器法兰内圆截面的投影总面积与混流器法兰内圆截面面积的比值定义为总投影阻塞比，其值δ＝0.3～0.5。
[0015]所述喷注稳焰支板内置燃油通道，燃油通道尺寸根据发动机设计工况参数来选取，喷注稳焰支板背风面设置喷注孔，孔径为0.5mm～2.0mm。
[0016]所述喷注稳焰支板上的喷注孔呈等距离分布，数量为5～15个，具体根据发动机设计工况参数来选取。
[0017]所述混流器法兰的内置燃油通道尺寸根据发动机设计工况参数来选取。
[0018]所述的波瓣混流器、喷注稳焰支板和混流器法兰均采用高温合金材料。
[0019]一种组合动力发动机燃烧室，包括依次连接的燃烧室平直段、燃烧室扩张段、尾喷管，以及一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，稳焰装置的混流器法兰连接于燃烧室平直段和燃烧室扩张段之间，波瓣混流器、喷注稳焰支板位于燃烧室平直段和燃烧室扩张段的内部。
[0020]综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
[0021]本专利技术采用的一体式异质多相流掺混稳焰装置，将波瓣混流器和喷注稳焰结构集成在一体上，同时兼顾两种发动机工作模态，零部件数量少，结构系统简单，实现空气、富燃燃气和液态燃油的高效稳定可靠燃烧，满足目前组合动力发动机最新动力性能需求。
[0022]在波瓣混流器的外涵空气气流出口位置增加喷注稳焰支板，一方面，在ATR工作模态下，提高了燃烧室内的湍流度，强化内外涵气流的掺混效果，缩短气
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气混合时间，减少燃烧室长度，还能够增加混流器后方低速回流区范围，有利于燃烧室点火稳焰及传焰。另一方面，在冲压工作模态下，在喷注稳焰支板下游形成低速回流区，气流的卷吸作用使得燃油停留时间增加，使得液态燃油有充足的时间吸热雾化蒸发，有利于可燃油气混合物的形成，燃烧室实现持续稳定燃烧。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例的一体式异质多相流掺混稳焰装置结构示意图；
[0024]图2是图1的稳焰装置沿轴向的剖视图；
[0025]图3是图2的右视图；
[0026]图4是本专利技术实施例的一体式异质多相流掺混稳焰装置在组合动力发动机的安装结构示意图。
[0027]附图标记说明：1、波瓣混流器；2、喷注稳焰支板；3、混流器法兰；4、供油接管嘴；5、喷注孔；6、燃烧室平直段；7、燃烧室扩张段；8、尾喷管。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
[0029]针对
技术介绍
中提到的空气涡轮火箭组合动力发动机的动力性能需求，发动机工作包线宽，燃烧室存在两种工作模态：ATR模态和冲压模态。燃烧室内的氧化剂均为外涵来流空气，其速度、温度、流量等参数随模态工况大幅变化，而燃料随工作模态变化分别为煤油富燃燃气(ATR模态)和液态煤油(冲压模态)。为了同时兼顾两种工作模态下，燃烧室工作可靠、火焰稳定、高效掺混燃烧，本专利技术将波瓣混流器1和喷注稳焰装置集成在一体上，以波瓣混流器1为基础，其上布置喷注稳焰结构，从而满足发动机多模态的工作需求。
[0030]本申请实施例公开一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，如图1和图2所示，包括波瓣混流器1、用于喷出燃油的喷注稳焰支板2、用于向喷注稳焰支板2供油的供油装置。外涵空气从波瓣混流器1外侧流动，与喷注稳焰支板2喷出的燃油混匀，从而实现气
‑
液掺混。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，其特征在于：包括波瓣混流器(1)；喷注稳焰支板(2)，内设有喷注腔，表面设有与喷注腔连通的喷注孔(5)，喷注稳焰支板(2)设置多个，多个喷注稳焰支板(2)的一端均连接于波瓣混流器(1)沿着气流方向的尾端，波瓣混流器(1)的波瓣与喷注稳焰支板(2)交错布局，喷注稳焰支板(2)的另一端连通于用于向喷注腔供油的供油装置。2.根据权利要求1所述的一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，其特征在于：所述供油装置包括混流器法兰(3)，混流器法兰(3)内部设置有燃油通道，混流器法兰(3)设有与燃油通道连通的供油接管嘴(4)，燃油通道与喷注腔连通，混流器法兰(3)用于与燃烧室壳体连接。3.根据权利要求1所述的一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，其特征在于：所述喷注稳焰支板(2)的一端连接在波瓣混流器(1)的波谷处；波瓣混流器(1)的波瓣数量和喷注稳焰支板(2)数量保持相同。4.根据权利要求1所述的一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，其特征在于：所述喷注稳焰支板(2)包括两个连接板，两个连接板之间的夹角小于180
°
，两个连接板之间夹角小于180
°
的一侧为喷注稳焰支板(2)的开口端，喷注稳焰支板(2)的开口端背向气流方向。5.根据权利要求4所述的一种一体式异质多相流掺混稳焰装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁俊龙，宋亚恒，黄乐萍，李光熙，南向谊，陈开拓，马元，周杰，穆杨，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：