本發(fā)明屬于航空發(fā)動機領(lǐng)域，具體涉及一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器。

背景技術(shù)：

1、加力燃燒室是一種航空發(fā)動機部件，位于低壓渦輪與尾噴管之間，其作用是消耗渦輪排氣中的剩余氧氣，并通過提高排氣溫度和速度產(chǎn)生可用的推力。能夠在空中執(zhí)行任務(wù)中，為航行器提供短時的額外動力。由于進入加力燃燒室的氣流已經(jīng)經(jīng)過氧化，即消耗了其中部分氧氣，因此其燃燒的條件與主燃燒室的條件有很大不同。

2、良好的火焰穩(wěn)定特性是加力燃燒室高效燃燒組織的重要前提和基本保證。通常，利用一圈值班火焰穩(wěn)定器在所需的工況范圍內(nèi)維持火焰穩(wěn)定性。而在加力燃燒室內(nèi)其他地方，則通過鈍體類穩(wěn)定器、突擴穩(wěn)定器等使火焰駐定在穩(wěn)定器下游，使火焰均勻的分布在整個空間內(nèi)，以提供足夠的燃燒效率。

3、現(xiàn)有技術(shù)公開了主穩(wěn)定器為單排環(huán)形的結(jié)構(gòu)，置于內(nèi)涵高溫燃氣流中，用于建立穩(wěn)定高溫?zé)嵩?；主穩(wěn)定器的內(nèi)外都是徑向穩(wěn)定器，利用內(nèi)涵高溫?zé)嵩醇訜釓较蛘靼?，促進外涵穩(wěn)定器上的油膜蒸發(fā)和混合，并用內(nèi)涵高溫燃氣引燃，提高外涵冷混氣燃燒的穩(wěn)定性。但徑向整流板火焰穩(wěn)定器后回流區(qū)尺寸較小、油氣混合均勻性差，會進一步導(dǎo)致加力燃燒室燃燒效率較低。同時隨著性能要求和熱力參數(shù)的提高，高溫來流會使在加力燃燒室中噴射的燃油自燃時間縮短。很大程度上限制了燃油空氣的混合均勻性，不利于火焰穩(wěn)定。為了改善油氣混合、火焰穩(wěn)定、提高燃燒效率，本發(fā)明提出了一種多點陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問題：

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，將旋流器耦合于徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器之間，形成多點陣列式的旋流形式，能夠有效提升油氣混合均勻性，增強火焰穩(wěn)定性，提高加力燃燒室的燃燒效率。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，包括呈圓環(huán)陣列排布于擴壓通道內(nèi)的若干旋流器，各旋流器的徑向兩側(cè)延伸方向均固定連接有徑向v型火焰穩(wěn)定器，其周向兩側(cè)延伸方向均固定連接有周向v型火焰穩(wěn)定器，即旋流器位于各徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器的相交處，能夠在擴壓通道下游形成圓環(huán)陣列排布的回流區(qū)，以增加可燃混合氣體的主流時間。

4、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器構(gòu)成環(huán)形柵格，能夠?qū)A環(huán)陣列旋流器固定于擴壓通道內(nèi)。

5、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述徑向v型火焰穩(wěn)定器的兩端分別與擴壓器內(nèi)型面、擴壓器外型面固定連接，其數(shù)量與旋流器的數(shù)量一致，并一一對應(yīng)。

6、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述徑向v型火焰穩(wěn)定器由兩段v型槽構(gòu)成，第一段v型槽的內(nèi)端與擴壓器內(nèi)型面固定連接，外端與對應(yīng)旋流器的周面固定連接；第二段v型槽的內(nèi)端與對應(yīng)旋流器的周面固定連接，外端與擴壓器外型面固定連接；通過調(diào)整兩段v型槽的徑向尺寸，調(diào)整旋流器在擴壓通道內(nèi)的徑向位置。

7、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述v型槽的槽底朝向擴壓通道的入口，槽口朝向擴壓通道的出口；其擴張角為30°，槽口寬為16mm；相鄰徑向v型火焰穩(wěn)定器的夾角為20°。

8、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述周向v型火焰穩(wěn)定器為圓弧結(jié)構(gòu)的v型槽，其兩端分別固定于相鄰旋流器的外周面上，由對應(yīng)數(shù)量的周向v型火焰穩(wěn)定器將呈圓環(huán)陣列排布的若干旋流器連接為一體式圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

9、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述周向v型火焰穩(wěn)定器的v型槽槽底朝向擴壓通道的入口，槽口朝向擴壓通道的出口；其擴張角為30°，槽口寬為16mm。

10、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述旋流器包括輪轂及位于其入口端內(nèi)側(cè)的旋流葉片，輪轂的出口端內(nèi)側(cè)為收斂通道，即出口內(nèi)徑小于入口內(nèi)徑。

11、本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是：所述收斂通道的收斂角為45°，軸向長度占整個旋流器軸向長度的1/5。

12、一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器提高火焰穩(wěn)定和充分燃燒的方法，具體步驟如下：

13、根據(jù)仿真實驗確定加力燃燒室擴壓通道內(nèi)的溫度分布；

14、根據(jù)所述擴壓通道內(nèi)的溫度分布確定火焰穩(wěn)定器的位置，及確定徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器的位置分布；

15、再次進行仿真實驗，得到增加火焰穩(wěn)定器后的擴壓通道內(nèi)的溫度分布；

16、根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果得到擴壓通道下游的回流區(qū)位置和面積；

17、在所確定的回流區(qū)位置的上游位置增加旋流器，并結(jié)合徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器的位置，確定旋流器的位置和數(shù)量；

18、再次進行數(shù)值仿真，對徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器的形狀進行優(yōu)化，得到擴張角為30°的v型槽結(jié)構(gòu)，即能夠提高火焰穩(wěn)定和燃燒效率。

19、有益效果

20、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的多點陣列式旋流器通過徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器安裝于擴壓通道內(nèi)，高溫燃氣通過陣列式排布的旋流器后，在旋流作用下，會在下游形成穩(wěn)定的、按照陣列式排布的回流區(qū)，這些回流區(qū)能夠有效促進空氣與燃油進行摻混，提高混合均勻性，有助于增強火焰穩(wěn)定性。未從旋流器通過的高溫燃氣，則通過徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器，在下游形成回流區(qū)。在陣列式旋流器下游形成大范圍的回流區(qū)與低速區(qū)，能夠有效增加可燃混氣的駐留時間，提高加力燃燒室燃燒效率。具體優(yōu)勢如下：

21、1.在技術(shù)方案中所述的旋流器的下游，受逆壓梯度的影響，能夠形成穩(wěn)定的大范圍的回流區(qū)和低速區(qū)，有利于火焰穩(wěn)定和充分燃燒，能夠改善背景技術(shù)中提到的加力燃燒室燃燒效率問題；且旋流器的收斂通道可以促進脫體火焰形成，降低火焰穩(wěn)定器附近的溫度。

22、2.采用多點陣列的旋流器布置方式，一方面可以作為冗余設(shè)計，當(dāng)一個或幾個旋流器后火焰熄滅時，還有更多旋流器能夠作為值班級穩(wěn)定器來保證加力燃燒室正常運行；另一方面，陣列式布置能夠使加力燃燒室內(nèi)油氣混合更加均勻，能夠解決背景技術(shù)中油氣混合均勻性差的問題。

23、3.技術(shù)方案中所述的徑向與周向v型火焰穩(wěn)定器，一方面能夠保加力燃燒室內(nèi)更均勻的燃燒，另一方面，由于較小的阻塞比，可以有效降低火焰穩(wěn)定器對壓力降的影響，提高發(fā)動機推力。

技術(shù)特征：

1.一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：包括呈圓環(huán)陣列排布于擴壓通道內(nèi)的若干旋流器，各旋流器的徑向兩側(cè)延伸方向均固定連接有徑向v型火焰穩(wěn)定器，其周向兩側(cè)延伸方向均固定連接有周向v型火焰穩(wěn)定器，即旋流器位于各徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器的相交處，能夠在擴壓通道下游形成圓環(huán)陣列排布的回流區(qū)，以增加可燃混合氣體的主流時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器構(gòu)成環(huán)形柵格，能夠?qū)A環(huán)陣列旋流器固定于擴壓通道內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述徑向v型火焰穩(wěn)定器的兩端分別與擴壓器內(nèi)型面、擴壓器外型面固定連接，其數(shù)量與旋流器的數(shù)量一致，并一一對應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述徑向v型火焰穩(wěn)定器由兩段v型槽構(gòu)成，第一段v型槽的內(nèi)端與擴壓器內(nèi)型面固定連接，外端與對應(yīng)旋流器的周面固定連接；第二段v型槽的內(nèi)端與對應(yīng)旋流器的周面固定連接，外端與擴壓器外型面固定連接；通過調(diào)整兩段v型槽的徑向尺寸，調(diào)整旋流器在擴壓通道內(nèi)的徑向位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述v型槽的槽底朝向擴壓通道的入口，槽口朝向擴壓通道的出口；其擴張角為30°，槽口寬為16mm；相鄰徑向v型火焰穩(wěn)定器的夾角為20°。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述周向v型火焰穩(wěn)定器為圓弧結(jié)構(gòu)的v型槽，其兩端分別固定于相鄰旋流器的外周面上，由對應(yīng)數(shù)量的周向v型火焰穩(wěn)定器將呈圓環(huán)陣列排布的若干旋流器連接為一體式圓環(huán)結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述周向v型火焰穩(wěn)定器的v型槽槽底朝向擴壓通道的入口，槽口朝向擴壓通道的出口；其擴張角為30°，槽口寬為16mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述旋流器包括輪轂及位于其入口端內(nèi)側(cè)的旋流葉片，輪轂的出口段內(nèi)側(cè)為收斂通道，及出口內(nèi)徑小于入口內(nèi)徑。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述收斂通道的收斂角為45°，軸向長度占整個旋流器軸向長度的1/5。

10.一種權(quán)利要求1-9任一項所述加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器提高火焰穩(wěn)定和充分燃燒的方法，其特征在于具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種加力燃燒室多點陣列式旋流火焰穩(wěn)定器，屬于航空發(fā)動機領(lǐng)域；包括呈圓環(huán)陣列排布于擴壓通道內(nèi)的若干旋流器，各旋流器的徑向兩側(cè)延伸方向均固定連接有徑向V型火焰穩(wěn)定器，其周向兩側(cè)延伸方向均固定連接有周向V型火焰穩(wěn)定器，即旋流器位于各徑向V型火焰穩(wěn)定器和周向V型火焰穩(wěn)定器的相交處，能夠在擴壓通道下游形成圓環(huán)陣列排布的回流區(qū)，以增加可燃混合氣體的主流時間。本發(fā)明將旋流器耦合于徑向V型火焰穩(wěn)定器和周向V型火焰穩(wěn)定器之間，形成多點陣列式的旋流形式，能夠有效提升油氣混合均勻性，增強火焰穩(wěn)定性，提高加力燃燒室的燃燒效率。

技術(shù)研發(fā)人員：馮翔洲,索建秦,梁紅俠,李前東,閆玥,巨翃宇
受保護的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10