一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统技术方案

本发明专利技术公开了一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统，包括增压加力燃烧室、再生冷却换热器、燃油流路和起爆电嘴，本发明专利技术创新性地利用燃油再生冷却换热器提高供油油温，改善燃油雾化质量。通过燃油流路实现周向均匀喷注，利用高温燃气与喷注燃油横向射流之间的气动剪切，加快油滴破碎、蒸发与掺混速度，从而提升增压加力燃烧室点火起爆性能。同时采用再生冷却换热器与增压燃烧室环腔进行热交换，降低增压燃烧室环腔壁面的温度，大幅提升增压加力燃烧室热防护水平，延长其使用寿命。延长其使用寿命。延长其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统


[0001]本专利技术涉及带加力燃烧室的小型涡喷发动机
，具体是一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统。

技术介绍

[0002]连续旋转增压燃烧具备燃烧增压、燃烧速率快、燃烧效率高等优势，一次起爆，推进剂就可连续增压燃烧。在亚声速至超声速入流速度下，连续旋转增压燃烧室都可实现稳定工作。因此利用增压燃烧技术来构造的增压加力燃烧室不再需要扩压器减速扩压，也无需火焰稳定器构造稳燃回流区，燃烧室结构长度可大幅缩短，从而大大降低增压加力燃烧室的结构尺寸和重量，可明显提高小型涡喷发动机推重比。
[0003]小型涡喷发动机用于加力燃烧室的油泵系统供油压力较低，燃油喷注压差通常在1MPa以内，而且由于结构尺寸限制，小型加力燃烧室无法采用离心雾化喷嘴等复杂的喷注方式，只能采用小孔直射式喷注，雾化油滴粒径较大，将增大油滴的蒸发时间。加力燃烧室小型化过程中，其燃烧室筒体长度和直径都相应缩小，但来流气体的速度和大型加力燃烧室接近，使得在加力燃烧室掺混段距离内喷注煤油的蒸发与掺混时间严重不足。此外不同于汽油等液态燃料，航空煤油蒸发起始温度较高，煤油本身就难以实现蒸发气化过程。以上各方面因素均将导致进入增压燃烧室环腔时，难以形成掺混均匀的可燃气体混合物，将大大增加点火起爆困难。另一方面，煤油增压燃烧发生在化学当量比附近，增压燃烧室壁面温度峰值超过1000℃，由于增压燃烧室环腔容积小，环腔外壁面起爆状态热流率高达100MW/m2，平均值达到17MW/m2。而相同条件下缓燃燃烧对应的稳态热流率仅1MW/m2，且增压燃烧会产生大幅压力脉动，环腔壁面易发生损坏。另一方面，增压燃烧室壁面温度会加热到新鲜反应物自燃温度以上，大部分反应物通过缓燃燃烧被反应掉，造成增压加力燃烧室性能下降。因此增压燃烧室中新鲜反应物填充区域应采用主动冷却方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在增压加力燃烧室点火起爆困难及增压燃烧室环腔壁温过高的不足，提供了一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统，其应用时，燃油通过再生冷却换热器后油温提升，燃油黏度和表面张力减小，改善雾化质量。而加温燃油进入燃油流路总管，并通过各个燃油分管和周向均匀布置的喷油杆喷注到增压燃烧室掺混段，通过与燃烧室进口高温高速燃气的气动剪切作用，实现快速地破碎雾化、蒸发与掺混过程，形成可燃预混气，从而改善增压加力燃烧室宽域工况下点火起爆性能，并利用再生冷却换热器对外侧隔热屏流道内冷却气体进行降温，从而强化对增压燃烧室壁面的冷却能力。
[0005]本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：
[0006]一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统，包括：增压加力燃烧室、再生冷却换热器、燃油流路和起爆电嘴；所述增压加力燃烧室内设置有掺混段和增压燃烧室环
腔；所述再生冷却换热器呈圆环状，并环绕设置于增压燃烧室环腔所在增压加力燃烧室段落的外壁，其内部设置有用于供燃油通过的热交换环腔，所述再生冷却换热器用于实现燃油与增压燃烧室环腔壁面的热交换以使燃油温度升高，增压燃烧室环腔壁面温度降低；所述燃油流路沿周向布设于增压加力燃烧室外壁，其出油端与掺混段连通，所述燃油流路的进油端与再生冷却换热器内的热交换环腔连通；所述起爆电嘴贯通增压加力燃烧室，其放电处置于增压燃烧室环腔的进气口端。
[0007]在现有技术中，小型涡喷发动机用于加力燃烧室的油泵系统供油压力较低，且由于结构尺寸限制，小型加力燃烧室无法采用离心雾化喷嘴等复杂的喷注方式，只能采用小孔直射式喷注，雾化油滴粒径较大，将增大油滴的蒸发时间，而在小型加力燃烧室掺混段距离内喷注煤油的蒸发与掺混时间不足以及航空煤油本身蒸发起始温度较高，难以实现蒸发气化过程。以上各方面因素使得进入增压燃烧室环腔时，难以形成掺混均匀的可燃气体混合物，大大增加点火起爆困难。另一方面，在增加加力燃烧室工作过程中，增压燃烧室环腔壁面温度高且增压燃烧会产生大幅压力脉动，增压燃烧室环腔壁面易发生损坏，同时，增压燃烧室环腔壁面温度会加热到新鲜反应物自燃温度以上，大部分反应物通过缓燃燃烧被反应掉，造成增压加力燃烧室性能下降。
[0008]本专利技术通过设置再生冷却换热器，在燃油通过再生冷却换热器的过程中，燃油与增压燃烧室环腔壁面进行热交换，使得燃油油温升高，增压燃烧室环腔壁面温度降低，从而解决增压加力燃烧室工作过程中增压燃烧室环腔壁面温度过高的问题，同时，当燃油温度升高后，燃油黏度和表面张力减小，改善雾化质量，加温后的燃油通过燃油流路喷射到掺混段，燃油通过与增压加力燃烧室进口高温高速燃气的气动剪切作用，实现快速地破碎雾化、蒸发和掺混过程，形成可燃预混气，从而改善增压加力燃烧室宽域工况下点火起爆性能。起爆电嘴用于引燃从增压燃烧室环腔进气口端流入的可燃气体混合物，形成连续旋转爆震波。
[0009]优选地，所述再生冷却换热器包括换热器纵向隔板和换热器横向隔板；所述换热器纵向隔板沿平行于热交换环腔轴向的方向固定于再生冷却换热器的热交换环腔内，用于隔断再生冷却换热器内部的热交换环腔；所述换热器横向隔板设置有若干，若干所述换热器横向隔板沿周向均匀固定于再生冷却换热器的热交换环腔内，其中，所述换热器横向隔板的任意一侧与换热器纵向隔板连接，且相邻的任意两换热器横向隔板分别连接于换热器纵向隔板的两侧；所述换热器纵向隔板与若干所述换热器横向隔板间形成周向流道。本专利技术在再生冷却换热器的热交换环腔内设置换热器横向隔板与换热器纵向隔板，通过换热器横向隔板与换热器纵向隔板将热交换环腔分割成若干周向流道，燃油在换热器横向隔板与换热器纵向隔板的共同导流作用下沿周向流道旋转流动，且燃油在相邻周向流道内旋流方向相反，使燃油加热均匀且充分，并降低增压燃烧室环腔壁面的温度。
[0010]优选地，所述周向流道的数量为4～10。
[0011]优选地，所述换热器横向隔板的两侧均匀设置有若干换热器肋片。
[0012]优选地，所述再生冷却换热器还包括换热器进油管和换热器出油管；所述换热器进油管和换热器出油管分别设置于再生冷却换热器的两侧且均与周向流道连通，所述换热器出油管与燃油流路连通。
[0013]优选地，所述燃油流路包括燃油总管和与燃油总管连通的若干燃油分管；所述燃
油总管环绕设置于增压加力燃烧室外壁并与再生冷却换热器连通；若干所述燃油分管沿周向均匀布设于增压加力燃烧室外壁，且若干所述燃油分管的出油口均设置有喷油杆；所述喷油杆与燃油分管连通且其喷油口与掺混段连通。在本专利技术中，燃油通过再生冷却换热器加热后流入燃油总管，进而通过燃油分管向周向均匀布置的喷油杆供油，最终以横向射流方式喷注到增压加力燃烧室掺混段中，在进口高温高速燃气的气动剪切作用下，快速完成油滴的蒸发、掺混过程，形成可燃预混气。
[0014]优选地，所述燃油分管与喷油杆的数量为8～24。
[0015]综上所述，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0016]1、本专利技术通过再生冷却换热器对燃油加热，提高供油油温，改善燃油雾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统，其特征在于，包括：增压加力燃烧室、再生冷却换热器(15)、燃油流路(8)和起爆电嘴(10)；所述增压加力燃烧室内设置有掺混段(17)和增压燃烧室环腔(18)；所述再生冷却换热器(15)呈圆环状，并环绕设置于增压燃烧室环腔(18)所在增压加力燃烧室段落的外壁，其内部设置有用于供燃油通过的热交换环腔，所述再生冷却换热器(15)用于实现燃油与增压燃烧室环腔(18)壁面的热交换以使燃油温度升高，增压加燃烧室环腔(18)壁面温度降低；所述燃油流路(8)沿周向布设于增压加力燃烧室外壁，其出油端与掺混段(17)连通，所述燃油流路(8)的进油端与再生冷却换热器(15)内的热交换环腔连通；所述起爆电嘴(10)贯通增压加力燃烧室，其放电处置于增压燃烧室环腔(18)的进气口端。2.根据权利要求1所述的一种小型涡喷发动机增压加力燃烧室点火起爆系统，其特征在于，所述再生冷却换热器(15)包括换热器纵向隔板(153)和换热器横向隔板(154)；所述换热器纵向隔板(153)沿平行于热交换环腔轴向的方向固定于再生冷却换热器(15)的热交换环腔内，用于隔断再生冷却换热器(15)内部的热交换环腔；所述换热器横向隔板(154)设置有若干，若干所述换热器横向隔板(154)沿周向均匀固定于再生冷却换热器(15)的热交换环腔内，其中，所述换热器横向隔板(154)的任意一侧与换热器纵向隔板(153)连接，且相邻的任意两换热器横向隔板(154)分别连接于换热器纵向隔板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雄，罗杨，宋勇，何国忠，周君辉，王丹丹，
申请(专利权)人：四川航天中天动力装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：