一種組合燃燒室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種組合燃燒室，燃燒室頭部由主燃級及預(yù)燃級組成，主燃級由單級軸向旋流器，主燃級噴嘴及文氏管組成；預(yù)燃級由雙凹腔及預(yù)燃級噴嘴組成。本發(fā)明主燃級采用單油路離心噴嘴，通過壓力霧化使燃油達(dá)到所需要的濃度及粒徑大小尺寸分布。預(yù)燃級采用蒸發(fā)管式噴嘴，燃油通過直射式噴嘴噴到蒸發(fā)管進(jìn)行一次霧化，在蒸發(fā)管中與空氣剪切作用進(jìn)行二次霧化及蒸發(fā)摻混。本發(fā)明通過分級燃燒，特別是預(yù)燃級與主燃級特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計及布置方式，不僅可以達(dá)到低污染燃燒室減少污染物排放的目標(biāo)，還可以解決高溫升燃燒室小狀態(tài)燃燒的不穩(wěn)定性及大狀態(tài)下的可見冒煙問題，從而拓寬高溫升燃燒室的穩(wěn)定工作范圍。
【專利說明】
一種組合燃燒室
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種組合燃燒室，主要作為航空發(fā)動機(jī)，地面及船用燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，推重比不斷增加，燃燒室進(jìn)口溫度升高，燃燒室油氣比、溫升升高，對燃燒室性能的要求也逐步提高，但與此同時對燃燒室重量的限制卻在進(jìn)一步增加，因此，高油氣比燃燒室的研制面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn):1、在更寬廣的范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，主要解決在低功率狀態(tài)下的燃燒穩(wěn)定性以及高功率狀態(tài)下可見排氣冒煙燃燒;2、在冷卻氣量分配減少和冷卻氣品質(zhì)下降的條件下，進(jìn)一步保持甚至提高火焰筒的耐久性;3、大狀態(tài)下減少污染物的排放;4、渦輪在極高溫度的惡劣環(huán)境下正常工作，必須大幅度降低燃燒室出口溫度分布系數(shù)。解決上述問題的途徑可以分為兩類，一類是采取合理措施優(yōu)化常規(guī)的旋流穩(wěn)定燃燒室，可行的措施包括燃油分級、空氣分級、貧油預(yù)混和預(yù)蒸發(fā)以及多級旋流等；另一類則是在掌握基本原理的基礎(chǔ)上探索全新的燃燒組織方式、發(fā)展新概念燃燒室，比如駐禍燃燒室(trapped vortex combustor，TVC)、超緊湊燃燒室(ultra compactcombustor,UCC)等。
[0003]另一方面，隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、市場競爭的日益激烈和環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格，大飛機(jī)發(fā)動機(jī)向著費(fèi)用更低、性能更高和環(huán)保特性更好的方向發(fā)展。為此，在改進(jìn)發(fā)展 GE90、PW4084、TRENT800 等發(fā)動機(jī)和全新研制 GP7200、TRENT900、GEnx 和 TRENT 1000 等發(fā)動機(jī)的同時，美國和歐盟國家獨(dú)立或聯(lián)合實(shí)施了一系列的預(yù)研計劃，開發(fā)和驗(yàn)證了性能高、質(zhì)量輕、可靠性高以及排放與噪聲低的未來常規(guī)循環(huán)大飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)，探索研究了更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的先進(jìn)循環(huán)大飛機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)，為未來大飛機(jī)發(fā)動機(jī)的研制打下了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種組合燃燒室，其主燃級與預(yù)燃級的特殊結(jié)構(gòu)及布置方式使得組合燃燒室預(yù)燃級的流動基本不受主燃級的影響，不僅使得組合燃燒室的火焰穩(wěn)定性能優(yōu)于傳統(tǒng)的旋流燃燒室及傳統(tǒng)的駐渦燃燒室而且這樣使得在主燃級供入燃油時，燃?xì)獾乃闹芏加懈邷氐娜細(xì)饧盎鹧?，使燃燒性能進(jìn)一步提高。而且將預(yù)燃級凹腔與帽罩進(jìn)行一體化設(shè)計，使得組合燃燒室的結(jié)構(gòu)更緊湊，空間利用率更高。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種組合燃燒室，包括擴(kuò)壓器、內(nèi)機(jī)匣、外機(jī)匣、供油系統(tǒng)、高能點(diǎn)火電嘴和火焰筒，所述火焰筒與內(nèi)機(jī)匣和外機(jī)匣形成燃燒室的內(nèi)外環(huán)道;火焰筒頭部由主燃級和預(yù)燃級組成；
[0006]所述主燃級包括若干個一級軸向主燃級旋流器、文氏管和主燃級燃油噴嘴，所述一級軸向主燃級旋流器均勻設(shè)置于火焰筒頭部中心部位，相鄰主燃級旋流器之間通過聯(lián)焰板固定連接；
[0007]所述預(yù)燃級包括預(yù)燃級外凹腔、預(yù)燃級內(nèi)凹腔和預(yù)燃級燃油噴嘴，所述預(yù)燃級外凹腔是由位于主燃級旋流器外側(cè)的火焰筒頭部的火焰筒壁突出形成的腔體結(jié)構(gòu)，所述預(yù)燃級內(nèi)凹腔是由位于主燃級旋流器內(nèi)側(cè)的火焰筒頭部的火焰筒壁突出形成的腔體結(jié)構(gòu);所述預(yù)燃級外凹腔和預(yù)燃級內(nèi)凹腔由一個軸向截面為直線的圓環(huán)壁和一個軸向截面為弧形的弧形環(huán)壁一端一體式連接組成，所述圓環(huán)壁正對主燃級旋流器、且垂直于聯(lián)焰板；
[0008]所述預(yù)燃級外凹腔和預(yù)燃級內(nèi)凹腔的圓環(huán)壁上開設(shè)有若干個內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口，弧形環(huán)壁上開設(shè)有若干個外側(cè)進(jìn)氣口；其中內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔既起到與預(yù)燃級燃油摻混從而達(dá)到合理的油氣比又起到冷卻凹腔前壁面及蒸發(fā)管的作用。外側(cè)進(jìn)氣孔一方面起到輔助內(nèi)進(jìn)氣孔在凹腔中形成穩(wěn)定的回流區(qū)另一方面起到冷卻凹腔下游的火焰筒壁的作用。
[0009]所述高能點(diǎn)火電嘴設(shè)置于預(yù)燃級外凹腔外側(cè)。所述預(yù)燃級的高溫燃?xì)?，通過聯(lián)焰板將火焰從外凹腔中傳遞到內(nèi)凹腔中，這樣在大狀態(tài)下當(dāng)主燃級供燃油時，主燃級的燃?xì)馑闹芏紩懈邷厝細(xì)饧盎鹧妫沟么鬆顟B(tài)下主燃級的燃油燃燒的更充分。
[0010]進(jìn)一步的，所述預(yù)燃級燃油噴嘴是蒸發(fā)管式噴嘴。
[0011]進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)管式噴嘴由直射式噴嘴、進(jìn)氣魚嘴和蒸發(fā)腔組成，所述進(jìn)氣魚嘴是與弧形環(huán)壁一體化設(shè)計成的魚嘴形進(jìn)氣口，這樣整個蒸發(fā)管式噴嘴與凹腔的相對位置使得整個蒸發(fā)管噴嘴在除點(diǎn)火狀態(tài)外的大部分狀態(tài)都具有較高的溫度，有利于燃油的蒸發(fā)。直射式噴嘴噴出的燃油與進(jìn)氣嘴中的空氣相切，使得燃油進(jìn)行二次霧化，有利于燃油進(jìn)一步地蒸發(fā)。
[0012]進(jìn)一步的，所述供油系統(tǒng)包括預(yù)燃級供油系統(tǒng)、主燃級供油系統(tǒng)和旋流器;所述預(yù)燃級供油系統(tǒng)包括:預(yù)燃級外凹腔燃油總管進(jìn)口、預(yù)燃級外凹腔燃油總管、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔、預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管進(jìn)口、預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔;燃油從直射式噴嘴噴入預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴進(jìn)氣魚嘴中進(jìn)行一次霧化并與進(jìn)入預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴中的空氣相切進(jìn)行二次霧化摻混，混氣在預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中與預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔中進(jìn)一步蒸發(fā)摻混并從預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔中噴出與進(jìn)入凹腔中的空氣進(jìn)行摻混達(dá)到所需要的當(dāng)量比；其中:進(jìn)入進(jìn)氣魚嘴中的空氣與燃油的當(dāng)量比要控制范圍使混氣即不能自燃也不會發(fā)生回火。
[0013]進(jìn)一步的，所述內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口距離凹腔弧形環(huán)壁段3到5毫米，所述外側(cè)進(jìn)氣口在軸向位置與主燃級旋流器出口齊平。這種設(shè)計方式有利于在預(yù)燃級外凹腔內(nèi)形成穩(wěn)定的預(yù)燃級外凹腔回流區(qū)；在預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)形成穩(wěn)定的預(yù)燃級內(nèi)凹腔回流區(qū)。
[0014]進(jìn)一步的，從壓氣機(jī)出口的空氣經(jīng)擴(kuò)壓器減速增壓后進(jìn)入燃燒室分成三股，一部分進(jìn)入燃燒室的外環(huán)道、一部分進(jìn)入燃燒室的內(nèi)環(huán)道、一部分經(jīng)過頭部的旋流器進(jìn)入燃燒室;
[0015]外環(huán)道氣流分為六部分:(I)從預(yù)燃級外凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入外凹腔；(2)從預(yù)燃級外凹腔外側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入外凹腔；(3)進(jìn)入預(yù)燃級外凹腔蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中并與燃油形成一定當(dāng)量比的混氣再進(jìn)入外凹腔中；(4)從火焰筒壁上的冷卻孔進(jìn)入火焰筒中；
(5)從火焰筒上的主燃孔中進(jìn)入火焰筒，切斷并協(xié)助形成主燃級回流區(qū)；(6)從火焰筒上的摻混孔中進(jìn)入火焰筒，與高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混調(diào)節(jié)出口溫度場；
[0016]內(nèi)環(huán)道氣流分為六部分:(I)從預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)凹腔；(2)從預(yù)燃級內(nèi)凹腔外側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)凹腔；(3)進(jìn)入預(yù)燃級內(nèi)凹腔蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中并與燃油形成一定當(dāng)量比的混氣再進(jìn)入內(nèi)凹腔中；(4)從火焰筒壁上的冷卻孔進(jìn)入火焰筒中對火焰筒壁進(jìn)行冷卻；(5)從火焰筒上的主燃孔中進(jìn)入火焰筒，切斷并協(xié)助形成主燃級回流區(qū)；(6)從火焰筒上的摻混孔中進(jìn)入火焰筒，與高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混調(diào)節(jié)出口溫度場。
[0017]進(jìn)一步的，所述主燃級旋流器葉片安裝角在30度到45度之間，葉片數(shù)量在8到12個之間，旋流數(shù)在0.45到0.8之間。
[0018]進(jìn)一步的，所述組合燃燒室為全環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步的，在發(fā)動機(jī)啟動時，高能點(diǎn)火電嘴釋放具有數(shù)焦耳能量的電火花，將可燃混合氣點(diǎn)燃，并在凹腔中的回流區(qū)作用下形成穩(wěn)定的火焰;在聯(lián)焰板所在軸截面，即主流堵塞軸截面，外凹腔內(nèi)的已燃高溫混氣流向聯(lián)焰板與內(nèi)凹腔中的未燃混氣匯合并點(diǎn)燃內(nèi)凹腔的未燃混氣；小狀態(tài)時只有凹腔供油，當(dāng)大狀態(tài)時主流供油并與經(jīng)過旋流器的主流空氣形成主流燃?xì)?，主流燃?xì)庠陔p凹腔的尾焰和聯(lián)焰板后的高溫燃?xì)馑纬傻墓潭ǖ狞c(diǎn)火源的作用下引燃，當(dāng)主流被點(diǎn)燃后，從主流新進(jìn)入在混氣在主流回流區(qū)，凹腔尾焰，聯(lián)焰板后的高溫燃?xì)獾墓餐饔孟路€(wěn)定燃燒，主燃區(qū)的高溫燃?xì)馀c摻混空氣進(jìn)行摻混流出火焰筒并進(jìn)一步?jīng)_擊禍輪。
[0020]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0021](I)本發(fā)明組合燃燒室，是一種分級燃燒室，由于預(yù)燃級與主燃級的特殊的結(jié)構(gòu)與位置設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)更寬工況下的高效低排放燃燒;在常規(guī)燃燒室中，空氣通過旋流器后產(chǎn)生回流區(qū)，高溫燃?xì)庠诨亓鲄^(qū)作用下向上游點(diǎn)燃新鮮可燃混氣，因此回流區(qū)充當(dāng)了穩(wěn)定點(diǎn)火源的作用。組合燃燒室則采用了分級分區(qū)燃燒的概念，預(yù)燃級由火焰筒頭部經(jīng)過特殊設(shè)計而形成的內(nèi)外雙凹腔組成，通過合理組織進(jìn)入凹腔內(nèi)的空氣，使凹腔內(nèi)形成穩(wěn)定的漩渦流動結(jié)構(gòu)，同時供入燃油，由于預(yù)燃級內(nèi)旋渦駐定，因此其在各種工況下都可以穩(wěn)定燃燒；主燃級(主流)空氣通過頭部的旋流器進(jìn)入主燃燒區(qū)，旋流器起強(qiáng)化摻混及火焰穩(wěn)定的作用，兩個旋流器之間的火焰筒壁所形成的聯(lián)焰板用來傳播火焰使主燃級(主流)能夠順利被預(yù)燃級火焰點(diǎn)燃。在小狀態(tài)下，僅預(yù)燃級供油，主燃級(主流)不供油;在大狀態(tài)下，預(yù)燃級、主燃級(主流)同時供油工作。
[0022](2)本發(fā)明組合燃燒室，由于預(yù)燃級與主燃級的特殊的結(jié)構(gòu)與位置設(shè)計，使得預(yù)燃級中的空氣流動狀態(tài)和火焰的穩(wěn)定性幾乎不受主燃級的流動影響，從而提高點(diǎn)火性能，拓寬火焰穩(wěn)定范圍；
[0023](3)在高推重比或者低排放發(fā)動機(jī)中，利用組合燃燒室組織高效穩(wěn)定的燃燒，并且有效降低冒煙和氣態(tài)污染物的排放；
[0024](4)本發(fā)明的組合燃燒室燃油系統(tǒng)更加簡單，燃燒室頭部更加緊湊，大幅度縮短了燃燒室的軸向長度。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明組合燃燒室的全環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為圖1所示組合燃燒室的局部剖視圖。
[0027]圖3為圖1所示的組合燃燒室中的火焰筒全環(huán)示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明組合燃燒室供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5為本發(fā)明組合燃燒室旋流器所在截面流動及燃燒過程示意圖。
[0030]圖6為本發(fā)明組合燃燒室兩個旋流器中間所在軸截面流動及燃燒過程示意圖。
[0031]其中:
[0032]1-組合燃燒室、2-擴(kuò)壓器、3-外機(jī)匣、4-內(nèi)機(jī)匣、5-主燃級燃油總管、6-預(yù)燃級外凹腔燃油總管、7-預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管、8-噴油桿、9-主燃級燃油噴嘴、10-預(yù)燃級燃油噴嘴、11-旋流器、12-文氏管、13-預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴、14-預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔、15-預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔16-預(yù)燃級外凹腔、17-預(yù)燃級內(nèi)凹腔、18-預(yù)燃級外凹腔外側(cè)進(jìn)氣孔、19-預(yù)燃級外凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔、20-預(yù)燃級內(nèi)凹腔外側(cè)進(jìn)氣孔、21-預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔、22-預(yù)燃級外凹腔回流區(qū)、23-預(yù)燃級內(nèi)凹腔回流區(qū)、24-主燃級回流區(qū)、25-主燃級回流區(qū)、26-聯(lián)焰板、27-高能點(diǎn)火電嘴、28-高能點(diǎn)火電嘴安裝底座、29-火焰筒、30-主燃孔、31-摻混孔、32-冷卻孔、33-外環(huán)通道、34-內(nèi)環(huán)通道、35-主燃級燃油總管進(jìn)口、36_預(yù)燃級外凹腔燃油總管進(jìn)口、37-預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管進(jìn)口。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】詳細(xì)介紹本發(fā)明。
[0034]請參照圖1至圖5所示，本發(fā)明組合燃燒室，主要由擴(kuò)壓器2、燃燒室外機(jī)匣3和內(nèi)機(jī)匣4、頭部具有雙凹腔結(jié)構(gòu)的火焰筒29、高能點(diǎn)火電嘴27、旋流器11等組成。所述組合燃燒室為全環(huán)形結(jié)構(gòu)，利用經(jīng)過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的預(yù)燃級外凹腔16與預(yù)燃級內(nèi)凹腔17所形成的預(yù)燃級外凹腔回流區(qū)22和預(yù)燃級內(nèi)凹腔回流區(qū)23來穩(wěn)定火焰，依靠兩個凹腔間的火焰筒璧所形成的聯(lián)焰板26將火焰由外凹腔16傳至內(nèi)凹腔17及主流。
[0035]在燃燒室進(jìn)口設(shè)置擴(kuò)壓器2，其主要功用是降低火焰筒29進(jìn)口空氣流速，提高進(jìn)口壓力，這有利于降低壓力損失、組織燃燒。其中組合燃燒室的外機(jī)匣3、內(nèi)機(jī)匣4是燃燒室的主要承力部件，并與火焰筒29構(gòu)成了燃燒室的外環(huán)通道33和內(nèi)環(huán)通道34。
[0036]預(yù)燃級外凹腔16還包括預(yù)燃級外凹腔外側(cè)進(jìn)氣口18和預(yù)燃級外凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口19，其中預(yù)燃級外凹腔外側(cè)進(jìn)氣口 18在軸向位置與旋流器11出口齊平，預(yù)燃級外凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口 19距離預(yù)燃級外凹腔圓弧段3到5毫米，這種設(shè)計方式有利于在預(yù)燃級外凹腔16內(nèi)形成穩(wěn)定的預(yù)燃級外凹腔回流區(qū)22;預(yù)燃級內(nèi)凹腔17還包括預(yù)燃級內(nèi)凹腔外側(cè)進(jìn)氣口 20和預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口 21，其中預(yù)燃級內(nèi)凹腔外側(cè)進(jìn)氣口 20在軸向位置與旋流器11出口齊平，預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口 21距離預(yù)燃級內(nèi)凹腔圓弧段3到5毫米，這種設(shè)計方式有利于在預(yù)燃級內(nèi)凹腔17內(nèi)形成穩(wěn)定的預(yù)燃級內(nèi)凹腔回流區(qū)23。供油系統(tǒng)包括預(yù)燃級供油系統(tǒng)、主燃級供油系統(tǒng)及旋流器，預(yù)燃級供油系統(tǒng)包括:預(yù)燃級外凹腔燃油總管進(jìn)口 36、預(yù)燃級外凹腔燃油總管6、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴13、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔14;預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管進(jìn)口37、預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管7、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴13、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔14、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔15;燃油從直射式噴嘴噴入預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中進(jìn)行一次霧化并與進(jìn)入預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴中的空氣相切進(jìn)行二次霧化摻混，混氣在預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中與預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔中進(jìn)一步蒸發(fā)摻混并從預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔中噴出與進(jìn)入凹腔中的空氣進(jìn)行摻混達(dá)到所需要的當(dāng)量比。需要說明的是:進(jìn)入進(jìn)氣魚嘴中的空氣與燃油的當(dāng)量比要控制在一定范圍內(nèi)，使混氣既不能自燃也不會發(fā)生回火。
[0037]請參照圖5和圖6所述，本發(fā)明組合燃燒室的工作原理為:從壓氣機(jī)出口的空氣經(jīng)擴(kuò)壓器2減速增壓后進(jìn)入燃燒室分成三股，一部分進(jìn)入燃燒室的外環(huán)、一部分進(jìn)入燃燒室的內(nèi)環(huán)、一部分經(jīng)過頭部的旋流器進(jìn)入燃燒室。外環(huán)道氣流分為六部分:(I)從預(yù)燃級外凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入外凹腔；(2)從預(yù)燃級外凹腔外側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入外凹腔；(3)進(jìn)入預(yù)燃級外凹腔蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中并與燃油形成一定當(dāng)量比的混氣再進(jìn)入外凹腔中；(4)從火焰筒壁上的冷卻孔進(jìn)入火焰筒中；(5)從火焰筒上的主燃孔中進(jìn)入火焰筒，切斷主流并協(xié)助旋流器形成主燃級回流區(qū)；(6)從火焰筒上的摻混孔中進(jìn)入火焰筒，與高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混調(diào)節(jié)出口溫度場；內(nèi)環(huán)道氣流分為六部分:(I)從預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)凹腔；(2)從預(yù)燃級內(nèi)凹腔外側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)凹腔；(3)進(jìn)入預(yù)燃級內(nèi)凹腔蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中并與燃油形成一定當(dāng)量比的混氣再進(jìn)入內(nèi)凹腔中；(4)從火焰筒壁上的冷卻孔進(jìn)入火焰筒中對火焰筒壁進(jìn)行冷卻；(5)從火焰筒上的主燃孔中進(jìn)入火焰筒，切斷主流并協(xié)助旋流器形成主燃級回流區(qū)；(6)從火焰筒上的摻混孔中進(jìn)入火焰筒，與高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混調(diào)節(jié)出口溫度場。
[0038]參照圖5所示，在無聯(lián)焰板的軸截面，即主流流通截面，從凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔和凹腔外側(cè)進(jìn)氣孔進(jìn)入凹腔的空氣，在凹腔內(nèi)形成穩(wěn)定的預(yù)燃級回流區(qū)。同時，從預(yù)燃級(凹腔)蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔噴出的油氣與從凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣孔進(jìn)入凹腔內(nèi)的空氣摻混，形成一定范圍內(nèi)的當(dāng)量比的可燃混合氣。在外凹腔外側(cè)設(shè)置高能點(diǎn)火電嘴，在發(fā)動機(jī)啟動時，高能點(diǎn)火電嘴釋放具有數(shù)焦耳能量的電火花，將可燃混合氣點(diǎn)燃，并在凹腔中的回流區(qū)作用下形成穩(wěn)定的火焰。參照圖6所示，在聯(lián)焰板所在軸截面，即主流堵塞軸截面，外凹腔內(nèi)的已燃高溫混氣流向聯(lián)焰板與內(nèi)凹腔中的未燃混氣匯合并點(diǎn)燃內(nèi)凹腔的未燃混氣。小狀態(tài)時只有凹腔供油，當(dāng)大狀態(tài)時主流供油并與經(jīng)過旋流器的主流空氣形成主流燃?xì)?，主流燃?xì)庠陔p凹腔的尾焰和聯(lián)焰板后的高溫燃?xì)馑纬傻墓潭ǖ狞c(diǎn)火源的作用下引燃，當(dāng)主流被點(diǎn)燃后，從主流新進(jìn)入在混氣在主流回流區(qū)，凹腔尾焰，聯(lián)焰板后的高溫燃?xì)獾墓餐饔孟路€(wěn)定燃燒，主燃區(qū)的高溫燃?xì)馀c摻混空氣進(jìn)行摻混流出火焰筒并進(jìn)一步?jīng)_擊渦輪。
[0039]以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種組合燃燒室，包括擴(kuò)壓器(2)、內(nèi)機(jī)匣(3)、外機(jī)匣(4)、供油系統(tǒng)、高能點(diǎn)火電嘴和火焰筒，所述火焰筒與內(nèi)機(jī)匣和外機(jī)匣形成燃燒室的內(nèi)外環(huán)道;其特征在于，火焰筒頭部由主燃級和預(yù)燃級組成； 所述主燃級包括若干個一級軸向主燃級旋流器(U)、文氏管(12)和主燃級燃油噴嘴(9)，所述一級軸向主燃級旋流器(11)均勻設(shè)置于火焰筒頭部中心部位，相鄰主燃級旋流器(11)之間通過聯(lián)焰板(26)固定連接； 所述預(yù)燃級包括預(yù)燃級外凹腔(16)、預(yù)燃級內(nèi)凹腔(17)和預(yù)燃級燃油噴嘴(10)，所述預(yù)燃級外凹腔(16)是由位于主燃級旋流器外側(cè)的火焰筒頭部的火焰筒壁突出形成的腔體結(jié)構(gòu)，所述預(yù)燃級內(nèi)凹腔(17)是由位于主燃級旋流器內(nèi)側(cè)的火焰筒頭部的火焰筒壁突出形成的腔體結(jié)構(gòu);所述預(yù)燃級外凹腔(16)和預(yù)燃級內(nèi)凹腔(17)由一個軸向截面為直線的圓環(huán)壁和一個軸向截面為弧形的弧形環(huán)壁一端一體式連接組成，所述圓環(huán)壁正對主燃級旋流器、且垂直于聯(lián)焰板； 所述預(yù)燃級外凹腔(16)和預(yù)燃級內(nèi)凹腔(17)的圓環(huán)壁上開設(shè)有若干個內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口(19,21),弧形環(huán)壁上開設(shè)有若干個外側(cè)進(jìn)氣口( 18、20); 所述高能點(diǎn)火電嘴設(shè)置于預(yù)燃級外凹腔外側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合燃燒室，其特征在于，所述預(yù)燃級燃油噴嘴(10)是蒸發(fā)管式噴嘴。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種組合燃燒室，其特征在于，所述蒸發(fā)管式噴嘴由直射式噴嘴、進(jìn)氣魚嘴(13)和蒸發(fā)腔(14)組成，所述進(jìn)氣魚嘴(13)是與弧形環(huán)壁一體化設(shè)計成的魚嘴形進(jìn)氣口。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種組合燃燒室，其特征在于，所述供油系統(tǒng)包括預(yù)燃級供油系統(tǒng)、主燃級供油系統(tǒng)和旋流器;所述預(yù)燃級供油系統(tǒng)包括:預(yù)燃級外凹腔燃油總管進(jìn)口(36)、預(yù)燃級外凹腔燃油總管(6)、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴(13)、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔(14)、預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管進(jìn)口(37)、預(yù)燃級內(nèi)凹腔燃油總管(7)、預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔(15);燃油從直射式噴嘴噴入預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴進(jìn)氣魚嘴中進(jìn)行一次霧化并與進(jìn)入預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴中的空氣剪切進(jìn)行二次霧化摻混，混氣在預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中與預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴蒸發(fā)腔中進(jìn)一步蒸發(fā)摻混并從預(yù)燃級蒸發(fā)管式噴嘴混氣噴孔中噴出與進(jìn)入凹腔中的空氣進(jìn)行摻混達(dá)到所需要的當(dāng)量比；其中:進(jìn)入進(jìn)氣魚嘴中的空氣與燃油的當(dāng)量比要控制范圍使混氣即不能自燃也不會發(fā)生回火。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合燃燒室，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口(19、21)距離凹腔弧形環(huán)壁段3到5毫米，所述外側(cè)進(jìn)氣口(18、20)在軸向位置與主燃級旋流器(11)出口齊平。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合燃燒室，其特征在于，從壓氣機(jī)出口的空氣經(jīng)擴(kuò)壓器減速增壓后進(jìn)入燃燒室分成三股，一部分進(jìn)入燃燒室的外環(huán)道、一部分進(jìn)入燃燒室的內(nèi)環(huán)道、一部分經(jīng)過頭部的旋流器進(jìn)入燃燒室； 外環(huán)道氣流分為六部分:(I)從預(yù)燃級外凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入外凹腔；(2)從預(yù)燃級外凹腔外側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入外凹腔；(3)進(jìn)入預(yù)燃級外凹腔蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中并與燃油形成一定當(dāng)量比的混氣再進(jìn)入外凹腔中；(4)從火焰筒壁上的冷卻孔進(jìn)入火焰筒中；(5)從火焰筒上的主燃孔中進(jìn)入火焰筒，切斷并協(xié)助形成主燃級回流區(qū)；(6)從火焰筒上的摻混孔中進(jìn)入火焰筒，與高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混調(diào)節(jié)出口溫度場； 內(nèi)環(huán)道氣流分為六部分:(I)從預(yù)燃級內(nèi)凹腔內(nèi)側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)凹腔；(2)從預(yù)燃級內(nèi)凹腔外側(cè)進(jìn)氣口進(jìn)入內(nèi)凹腔；(3)進(jìn)入預(yù)燃級內(nèi)凹腔蒸發(fā)管式噴嘴的進(jìn)氣魚嘴中并與燃油形成一定當(dāng)量比的混氣再進(jìn)入內(nèi)凹腔中；(4)從火焰筒壁上的冷卻孔進(jìn)入火焰筒中對火焰筒壁進(jìn)行冷卻；(5)從火焰筒上的主燃孔中進(jìn)入火焰筒，切斷并協(xié)助形成主燃級回流區(qū)；(6)從火焰筒上的摻混孔中進(jìn)入火焰筒，與高溫燃?xì)膺M(jìn)行摻混調(diào)節(jié)出口溫度場。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合燃燒室，其特征在于，所述主燃級旋流器(II)葉片安裝角在30度到45度之間，葉片數(shù)量在8到12個之間，旋流數(shù)在0.45到0.8之間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合燃燒室，其特征在于，所述組合燃燒室為全環(huán)形結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組合燃燒室，其特征在于，在發(fā)動機(jī)啟動時，高能點(diǎn)火電嘴釋放具有數(shù)焦耳能量的電火花，將可燃混合氣點(diǎn)燃，并在凹腔中的回流區(qū)作用下形成穩(wěn)定的火焰;在聯(lián)焰板所在軸截面，即主流堵塞軸截面，外凹腔內(nèi)的已燃高溫混氣流向聯(lián)焰板與內(nèi)凹腔中的未燃混氣匯合并點(diǎn)燃內(nèi)凹腔的未燃混氣;小狀態(tài)時只有凹腔供油，當(dāng)大狀態(tài)時主流供油并與經(jīng)過旋流器的主流空氣形成主流燃?xì)?，主流燃?xì)庠陔p凹腔的尾焰和聯(lián)焰板后的高溫燃?xì)馑纬傻墓潭ǖ狞c(diǎn)火源的作用下引燃，當(dāng)主流被點(diǎn)燃后，從主流新進(jìn)入在混氣在主流回流區(qū)，凹腔尾焰，聯(lián)焰板后的高溫燃?xì)獾墓餐饔孟路€(wěn)定燃燒，主燃區(qū)的高溫燃?xì)馀c摻混空氣進(jìn)行摻混流出火焰筒并進(jìn)一步?jīng)_擊渦輪。
【文檔編號】F23R3/04GK105953265SQ201610361623
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】何小民, 李明玉, 趙玉玲, 葛正好, 黃衛(wèi)東, 江平, 朱驍, 朱一驍, 黃亞坤
【申請人】南京航空航天大學(xué)