本發(fā)明屬于航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器及方法。

背景技術(shù)：

1、加力燃燒室是飛機(jī)發(fā)動機(jī)上特有的推力增強(qiáng)裝置。在短距起飛、機(jī)動飛行和空中執(zhí)行任務(wù)過程中，能夠起到至關(guān)重要的作用。其工作原理是，離開低壓渦輪的高溫燃?xì)庠跀U(kuò)壓器中減速增壓后，與噴注入加力燃燒室的額外燃油摻混、燃燒，消耗高溫燃?xì)庵惺Ｓ嗟难鯕?，進(jìn)一步提高加力燃燒室出口排氣溫度與壓力，達(dá)到提高推力的目的。

2、由于加力燃燒室進(jìn)口的氣動參數(shù)與主燃燒室完全不同，因此在火焰穩(wěn)定方面也存在較大差異。加力燃燒室火焰穩(wěn)定的目的是形成穩(wěn)定的火焰和均勻的釋熱，從而在整個飛行包線上產(chǎn)生一個連續(xù)的點(diǎn)火源。火焰穩(wěn)定器能夠?yàn)橛蜌饣旌衔锾峁┳銐虻耐Ａ魰r間，確保連續(xù)和均勻的燃燒。

3、現(xiàn)有技術(shù)公開了火焰穩(wěn)定器，穩(wěn)定器由環(huán)形主穩(wěn)定器和徑向火焰穩(wěn)定器組成。主穩(wěn)定器為單排環(huán)形，置于內(nèi)涵高溫燃?xì)饬髦?，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(jìn)外涵穩(wěn)定器上的油膜蒸發(fā)和混合，并用內(nèi)涵高溫燃?xì)庖?，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(jìn)一步導(dǎo)致加力燃燒室燃燒效率較低。

4、隨著發(fā)動機(jī)發(fā)展，壓氣機(jī)壓比、渦輪前溫度和主燃燒室油氣比進(jìn)一步提高，這意味著加力燃燒室進(jìn)口溫度的提升和燃?xì)庋鯘舛鹊慕档?。在加力燃燒室中噴注的燃油會很快自燃，?dǎo)致燃燒室內(nèi)油氣混合不均勻，影響火焰穩(wěn)定特性和燃燒效率。為此，為了改善油氣混合、提高燃燒效率，本發(fā)明提出一種多點(diǎn)陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器。

技術(shù)實(shí)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)明提供一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，將開式旋流器耦合于徑向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(diǎn)陣列式的旋流形式，能夠在保證壓損變化不大的前提下，有效提升油氣混合均勻性，增強(qiáng)火焰穩(wěn)定能力，提高加力燃燒室的燃燒效率。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，包括呈圓環(huán)陣列排布于擴(kuò)壓通道內(nèi)的若干開式旋流器，各開式旋流器的徑向兩側(cè)延伸方向均連接有徑向v型火焰穩(wěn)定器，其周向兩側(cè)延伸方向均連接有周向v型火焰穩(wěn)定器，即開式旋流器的入口端中心位于各徑向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(kuò)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(jìn)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)陣列開式旋流器固定于擴(kuò)壓通道內(nèi)。

5、本發(fā)明的進(jìn)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(kuò)壓器內(nèi)型面、擴(kuò)壓器外型面固定連接，其數(shù)量與開式旋流器的數(shù)量一致，并一一對應(yīng)。

6、本發(fā)明的進(jìn)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(kuò)壓器內(nèi)型面固定連接，外端與周向v型火焰穩(wěn)定器的一側(cè)壁面固定連接；第二段v型槽的內(nèi)端與周向v型火焰穩(wěn)定器的另一側(cè)壁面固定連接，外端與擴(kuò)壓器外型面固定連接；通過調(diào)整兩端v型槽的徑向尺寸，調(diào)整周向v型火焰穩(wěn)定器在擴(kuò)壓通道內(nèi)的徑向位置及內(nèi)徑。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述v型槽的槽底朝向擴(kuò)壓通道的入口，槽口朝向擴(kuò)壓通道的出口；其擴(kuò)張角為30°，槽深為24.6mm；相鄰徑向v型火焰穩(wěn)定器的夾角為30°。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述周向v型火焰穩(wěn)定器為圓環(huán)式v型槽，若干徑向v型火焰穩(wěn)定器均布于其周向。

9、本發(fā)明的進(jìn)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(kuò)壓通道的入口，槽口朝向擴(kuò)壓通道的出口；其擴(kuò)張角為30°，槽深為24.6mm。

10、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述開式旋流器包括同軸設(shè)置的進(jìn)氣錐、輪轂及位于輪轂外周面的旋流葉片，開式旋流器通過進(jìn)氣錐的頭部安裝于周向v型火焰穩(wěn)定器上，輪轂外端朝向擴(kuò)壓通道的出口。

11、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述進(jìn)氣錐的軸向長度占整個開式旋流器軸向長度的1/2，所述旋流葉片的角度為40°。

12、一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(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(shí)驗(yàn)確定加力燃燒室擴(kuò)壓通道內(nèi)的溫度分布；

14、根據(jù)所述擴(kuò)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(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到增加火焰穩(wěn)定器后的擴(kuò)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(kuò)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開式旋流器，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，確定開式旋流器的位置和數(shù)量；

18、再次進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化，得到擴(kuò)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)明的環(huán)形陣列開式旋流器通過徑向v型火焰穩(wěn)定器和周向v型火焰穩(wěn)定器安裝于擴(kuò)壓通道內(nèi)，高溫燃?xì)馔ㄟ^陣列排布的開式旋流器5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)。由于缺少旋流器壁面的限制，流動損失減小，開式旋流器下游回流區(qū)寬度增大，有助于增強(qiáng)火焰穩(wěn)定性。未從旋流器通過的高溫燃?xì)?，則通過徑向v型火焰穩(wěn)定器3和周向v型火焰穩(wěn)定器4，在下游形成均勻的回流區(qū)，將由旋流器產(chǎn)生的回流區(qū)“串聯(lián)”在一起，在陣列式旋流火焰穩(wěn)定器下游形成大范圍的、均勻的回流區(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)方案中所述的開式旋流器的下游，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。而與傳統(tǒng)的旋流器相比，開式旋流器去除了旋流器外壁面，進(jìn)氣錐一方面可以為v型火焰穩(wěn)定器提供支撐點(diǎn)，另一方面可以減小旋流器輪轂對氣流的阻礙作用。旋流器輪轂用于安裝旋流器葉片。氣流通過旋流葉片能夠在下游產(chǎn)生回流區(qū)用于穩(wěn)定火焰，具有更小的流阻，且回流區(qū)的尺寸相差不大。旋流器下游的剪切層能夠有效提高油氣混合均勻性，增強(qiáng)火焰穩(wěn)定性。

22、2.多點(diǎn)燃油噴射方式以及多點(diǎn)陣列開式旋流器布置可以有效改善背景技術(shù)中提到的油氣混合均勻性差的問題，能夠有效提升油氣混合均勻性和燃燒效率。

23、3.技術(shù)方案中所述的徑向與周向v型火焰穩(wěn)定器，一方面由于流線型頭部結(jié)構(gòu)，可以有效減小流動損失，另一方面，在v型火焰穩(wěn)定器下游形成的回流區(qū)能夠填充陣列開式旋流器之間的空隙，進(jìn)一步提高燃燒室內(nèi)混氣均勻性，提高燃燒效率。

技術(shù)特征：

1.一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：包括呈圓環(huán)陣列排布于擴(kuò)壓通道內(nèi)的若干開式旋流器，各開式旋流器的徑向兩側(cè)延伸方向均連接有徑向v型火焰穩(wěn)定器，其周向兩側(cè)延伸方向均連接有周向v型火焰穩(wěn)定器，即開式旋流器的入口端中心位于各徑向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(kuò)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所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(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)陣列開式旋流器固定于擴(kuò)壓通道內(nèi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(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(kuò)壓器內(nèi)型面、擴(kuò)壓器外型面固定連接，其數(shù)量與開式旋流器的數(shù)量一致，并一一對應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(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(kuò)壓器內(nèi)型面固定連接，外端與周向v型火焰穩(wěn)定器的一側(cè)壁面固定連接；第二段v型槽的內(nèi)端與周向v型火焰穩(wěn)定器的另一側(cè)壁面固定連接，外端與擴(kuò)壓器外型面固定連接；通過調(diào)整兩端v型槽的徑向尺寸，調(diào)整周向v型火焰穩(wěn)定器在擴(kuò)壓通道內(nèi)的徑向位置及內(nèi)徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述v型槽的槽底朝向擴(kuò)壓通道的入口，槽口朝向擴(kuò)壓通道的出口；其擴(kuò)張角為30°，槽深為24.6mm；相鄰徑向v型火焰穩(wěn)定器的夾角為30°。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述周向v型火焰穩(wěn)定器為圓環(huán)式v型槽，若干徑向v型火焰穩(wěn)定器均布于其周向。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(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(kuò)壓通道的入口，槽口朝向擴(kuò)壓通道的出口；其擴(kuò)張角為30°，槽深為24.6mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述開式旋流器包括同軸設(shè)置的進(jìn)氣錐、輪轂及位于輪轂外周面的旋流葉片，開式旋流器通過進(jìn)氣錐的頭部安裝于周向v型火焰穩(wěn)定器上，輪轂外端朝向擴(kuò)壓通道的出口。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器，其特征在于：所述進(jìn)氣錐的軸向長度占整個開式旋流器軸向長度的1/2，所述旋流葉片的角度為40°。

10.一種權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(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)明一種環(huán)形陣列開式旋流火焰穩(wěn)定器及方法，屬于航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域；包括呈圓環(huán)陣列排布于擴(kuò)壓通道內(nèi)的若干開式旋流器，各開式旋流器的徑向兩側(cè)延伸方向均連接有徑向V型火焰穩(wěn)定器，其周向兩側(cè)延伸方向均連接有周向V型火焰穩(wěn)定器，即開式旋流器的入口端中心位于各徑向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(kuò)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)明能夠在保證壓損變化不大的前提下，有效提升油氣混合均勻性，增強(qiáng)火焰穩(wěn)定能力，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,巨翃宇,閆玥
受保護(hù)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