本發(fā)明涉及飛行器發(fā)動機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定器。具體地，本發(fā)明尤其涉及用于發(fā)動機(jī)燃燒室的帶預(yù)摻混腔的火焰穩(wěn)定器。

背景技術(shù)：

高超聲速飛行器是目前世界各軍事強(qiáng)國大力發(fā)展的制高點(diǎn)，動力裝置是飛行器性能的決定因素。以渦輪基組合沖壓發(fā)動機(jī)是最具潛力應(yīng)用于水平起降的高超聲速飛行器的動力裝置。高性能亞燃沖壓燃燒室是組合發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件，其中液體燃料在高馬赫數(shù)氣流中的可靠點(diǎn)火及穩(wěn)定燃燒是目前難點(diǎn)。針對未來TBCC發(fā)動機(jī)中高性能沖壓燃燒室研制，本發(fā)明提出高點(diǎn)火可靠性、寬的火焰穩(wěn)定邊界的新型火焰穩(wěn)定器。國內(nèi)外學(xué)者針對火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了以下幾種方式：

專利文獻(xiàn)CN102200292A提出了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器裝置。該裝置在渦輪后框架支板上開有凹腔，尾緣突擴(kuò)翼型，氣流流經(jīng)支板凹腔及尾緣突擴(kuò)處形成低速回流區(qū)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定火焰的目的。

專利文獻(xiàn)CN104373964A提出了一種噴油系統(tǒng)和凹腔支板火焰穩(wěn)定器一體化設(shè)計方案，噴油桿內(nèi)置于凹腔支板內(nèi)部空腔中，一方面減少零件數(shù)，減輕重量，降低流動損失，另一方面利用流過凹腔支板內(nèi)的冷卻氣流對噴油進(jìn)行氣動霧化，提高加力燃燒室整體性能。

專利文獻(xiàn)CN104776448A提出了一種多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板方案。其在非加力狀態(tài)具有小流阻，在加力狀態(tài)，產(chǎn)生大尺度漩渦，能夠有效穩(wěn)焰聯(lián)焰，同時在整流狀態(tài)下能夠改善流場均勻性。

專利文獻(xiàn)CN104819484A提出了一種徑向點(diǎn)火的蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器?；趥鹘y(tǒng)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)，增加了適當(dāng)長度的流向裙板。在不增加流動阻力的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)高速氣流中的低溫可靠點(diǎn)火并穩(wěn)定燃燒。

V型槽等鈍體火焰穩(wěn)定器在目前加力燃燒室中廣泛采用。在低飛行馬赫數(shù)工況，進(jìn)入加力燃燒室的氣流馬赫數(shù)較低，氣流在鈍體尾緣形成低速回流區(qū)，能起到較好的點(diǎn)火和穩(wěn)定火焰的效果。但是當(dāng)飛行馬赫數(shù)不斷增大(M>3)，進(jìn)入燃燒室的氣流馬赫數(shù)隨之提高，燃油噴射入高速氣流中，霧化、蒸發(fā)和摻混時間短，摻混效率低不利于燃燒，同時V型槽和傳統(tǒng)支板的尾緣處所形成的回流區(qū)范圍小，火焰容易被高速氣流吹熄，難以穩(wěn)定。

本發(fā)明在支板內(nèi)部設(shè)計預(yù)摻混腔，并引入主流空氣對主油路噴油進(jìn)行氣動霧化，利于摻混腔內(nèi)的高溫低速回流區(qū)增強(qiáng)燃油的摻混效率，并在支板基體上對稱設(shè)計了后向臺階結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、流動阻力小、吸收了凹腔和后向臺階兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有低速回流區(qū)的范圍大、高馬赫數(shù)穩(wěn)焰性能好、穩(wěn)焰邊界寬等優(yōu)點(diǎn)，可以作為例如加力燃燒室、亞燃沖壓燃燒室中的火焰穩(wěn)定裝置，以提高燃燒室性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于發(fā)動機(jī)燃燒室的帶預(yù)摻混腔的火焰穩(wěn)定器，包括：支板、主油路噴油桿、中心進(jìn)氣通道、中心出氣通道、所述支板具有支板尾部，所述支板尾部具有支板尾緣，所述支板具有支板頭部，所述中心進(jìn)氣通道與所述中心出氣通道共軸，所述支板中設(shè)置有預(yù)摻混腔，所述中心進(jìn)氣通道由支板頭部延伸至所述預(yù)摻混腔，所述中心出氣通道由所述預(yù)摻混腔延伸至所述支板尾緣，所述支板的上表面和下表面均具有凹腔，所述凹腔位于所述支板頭部和所述支板尾部之間，所述主油路噴油桿的出油孔與所述預(yù)摻混腔連通。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述支板頭部的上部和下部均設(shè)置有值班油路噴油桿，優(yōu)選的，上部的值班油路噴油桿和下部的值班油路噴油桿對稱設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述主油路噴油桿的出油孔的噴油方向與空氣在所述中心進(jìn)氣通道內(nèi)的流動方向成鈍角，使得主油路噴油桿將燃油從出油孔逆進(jìn)氣方向噴入所述預(yù)摻混腔。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述凹腔具有前壁和后壁，所述前壁垂直于所述中心進(jìn)氣通道，所述后壁為斜壁并向所述支板尾緣傾斜，所述前壁呈后向臺階結(jié)構(gòu)，所述支板的上表面的凹腔和所述支板的下表面的凹腔對稱設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述中心進(jìn)氣通道的口徑大于所述中心出氣通道的口徑，優(yōu)選的，中心進(jìn)氣通道的口徑是所述中心出氣通道的口徑的2倍。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，優(yōu)選的，所述前壁在凹腔深度方向上的尺寸約為所述支板的厚度的1/3，所述后壁與所述中心出氣通道的夾角范圍為大于等于30°且小于等于60°，所述凹腔的最大長度與最大深度的比值2:1至3:1。優(yōu)選的，所述后壁在豎直方向上的高度與所述前壁的高度的比值大于等于1:2且小于等于2:3。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述支板頭部的上部和下部的所述值班油路噴油桿的出油口分別位于所述支板頭部的上表面和下表面。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述主油路噴油桿在所述支板尾部的上部和下部對稱設(shè)置。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，優(yōu)選的，所述預(yù)摻混腔位于所述支板的上表面的凹腔和所述支板的下表面的凹腔之間。

本發(fā)明的有益效果是：

1)針對傳統(tǒng)的鈍體類火焰穩(wěn)定器的燃油噴射摻混效果差，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率低的缺點(diǎn)，本發(fā)明以支板火焰穩(wěn)定器為基體，設(shè)計了中心進(jìn)氣通道，引入高速主流空氣在支板內(nèi)部的預(yù)摻混腔內(nèi)對主油路噴油進(jìn)行氣動霧化，并且在預(yù)摻混腔內(nèi)的高溫低速回流區(qū)內(nèi)進(jìn)一步霧化、蒸發(fā)和摻混，增強(qiáng)了摻混效果。油氣混合物從中心出氣通道噴入支板尾緣的回流區(qū)內(nèi)，保證了點(diǎn)火的可靠性并穩(wěn)定燃燒。

2)本發(fā)明的中心進(jìn)氣通道和中心出氣通道的口徑配置進(jìn)一步提高了氣動霧化效果和預(yù)摻混效果。

3)本發(fā)明中預(yù)摻混腔和主油路噴油桿的出油孔相連通，增強(qiáng)了主油路噴油的預(yù)摻混效果。

4)本發(fā)明在傳統(tǒng)支板火焰穩(wěn)定器基礎(chǔ)上，在支板上下兩側(cè)設(shè)計了后向臺階結(jié)構(gòu)的凹腔作為值班穩(wěn)焰區(qū)，并對凹腔的豎直前壁和傾斜后壁的尺寸進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計。這種新型結(jié)構(gòu)吸收了凹腔結(jié)構(gòu)氣動性能好、后向臺階回流區(qū)范圍大和質(zhì)量交換率高等優(yōu)點(diǎn)，具有較小的流場阻力。

與現(xiàn)有的V型槽等鈍體火焰穩(wěn)定器相比，本發(fā)明所設(shè)計的新型火焰穩(wěn)定器能夠在不增加流場阻力的限制條件下，增強(qiáng)燃油的摻混效率，改善燃油霧化效果，明顯增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，拓寬火焰穩(wěn)定器的穩(wěn)焰邊界，不但能應(yīng)用于傳統(tǒng)的加力燃燒室，而且能應(yīng)用于來流馬赫數(shù)更高的亞燃沖壓燃燒室中。

附圖說明

圖1帶預(yù)摻混腔的火焰穩(wěn)定器的二維軸向縱截面示意圖。

圖中符號說明如下：

1支板，2中心進(jìn)氣通道，3值班油路出油孔，4值班油路噴油桿，5前壁，6后壁，7預(yù)摻混腔，8主油路噴油桿，9主油路出油孔，10中心出氣通道，11支板尾緣。

具體實(shí)施方式

下面，將結(jié)合附圖1來描述根據(jù)本發(fā)明的用于發(fā)動機(jī)燃燒室的帶預(yù)摻混腔的火焰穩(wěn)定器的具體實(shí)施方式。

本發(fā)明的用于發(fā)動機(jī)燃燒室的帶預(yù)摻混腔的火焰穩(wěn)定器，包括：支板1，主油路噴油桿8，中心進(jìn)氣通道2，中心出氣通道10，支板1具有支板尾部，支板尾部具有支板尾緣11，支板1具有支板頭部，中心進(jìn)氣通道2與中心出氣通道10共軸，支板1中設(shè)置有預(yù)摻混腔7，中心進(jìn)氣通道2由支板頭部延伸至預(yù)摻混腔7，中心出氣通道10由預(yù)摻混腔7延伸至支板尾緣11，支板1的上表面和下表面均具有凹腔，凹腔位于支板頭部和支板尾部之間，主油路噴油桿8的出油孔9與預(yù)摻混腔7連通。

支板頭部的上部和下部均設(shè)置有值班油路噴油桿4，優(yōu)選的，上部的值班油路噴油桿和下部的值班油路噴油桿對稱設(shè)置。

主油路噴油桿8的出油孔9的噴油方向與空氣在中心進(jìn)氣通道2內(nèi)的流動方向成鈍角，使得主油路噴油桿8將燃油從出油孔9逆進(jìn)氣方向(進(jìn)氣方向即空氣在進(jìn)氣通道2內(nèi)的流動方向)噴入預(yù)摻混腔7。

凹腔具有前壁5和后壁6，前壁5垂直于中心進(jìn)氣通道2，后壁6為斜壁并向支板尾緣11傾斜；前壁5呈后向臺階結(jié)構(gòu)，支板1的上表面的凹腔和支板1的下表面的凹腔對稱設(shè)置。

中心進(jìn)氣通道2的口徑大于中心出氣通道10的口徑，例如圖1所示。優(yōu)選的，中心進(jìn)氣通道2的口徑是中心出氣通道10的口徑的2倍。

前壁5在凹腔深度方向上的尺寸約為支板1的厚度的1/3，即上下兩個前壁5在凹腔深度方向上的尺寸(即前壁5的長度)之和約為支板1的厚度的2/3；后壁6與中心出氣通道10的夾角范圍為大于等于30°且小于等于60°，凹腔的最大長度與最大深度的比值為2:1至3:1，優(yōu)選3:1。優(yōu)選的，后壁6在豎直方向上的高度與前壁5的高度的比值大于等于1:2且小于等于2:3，優(yōu)選2:3。

支板頭部的上部和下部的值班油路噴油桿4的出油口3分別位于支板頭部的上表面和下表面。

主油路噴油桿8在支板尾部的上部和下部對稱設(shè)置，預(yù)摻混腔7位于支板1的上表面的凹腔和支板1的下表面的凹腔之間。

主油路噴油桿8將燃油通過主油路出油孔9逆流噴入支板內(nèi)部的預(yù)摻混腔7，燃油在中心進(jìn)氣通道2引入的高速空氣的氣動霧化的作用下，初步破碎霧化，并在預(yù)摻混腔7內(nèi)的高溫低速回流區(qū)內(nèi)進(jìn)行霧化、蒸發(fā)、摻混，并通過中心出氣通道10噴入支板尾緣11的回流區(qū)內(nèi)，和主流進(jìn)一步摻混、燃燒。在支板上下兩側(cè)設(shè)計的對稱的具有后向臺階結(jié)構(gòu)的凹腔作為值班穩(wěn)焰區(qū)，燃油從值班油路噴油桿4通過出油口3橫向噴入主流中，在主流空氣的作用下卷入下游的后向臺階(后向臺階由前壁5形成)內(nèi)部的回流區(qū)。

可見，本發(fā)明以傳統(tǒng)支板火焰穩(wěn)定器為基體，在支板內(nèi)部設(shè)計預(yù)摻混腔7，并引入主流空氣對主油路噴油進(jìn)行氣動霧化，上下兩側(cè)對稱設(shè)計了具有后向臺階結(jié)構(gòu)的凹腔。本發(fā)明的火焰穩(wěn)定器的新結(jié)構(gòu)利于預(yù)摻混腔7內(nèi)的高溫低速回流區(qū)增強(qiáng)主油路噴油的摻混效率，同時采用后向臺階結(jié)構(gòu)吸收了后向臺階和凹腔兩種穩(wěn)焰結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，形成值班穩(wěn)焰區(qū)。這將改善高馬赫數(shù)下燃燒穩(wěn)定性能，有效地拓寬穩(wěn)定器的穩(wěn)焰邊界，同時減少零件數(shù)，減輕結(jié)構(gòu)重量。

如圖1，優(yōu)選的，本發(fā)明的火焰穩(wěn)定器整體呈對稱結(jié)構(gòu)。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。