一种带旋流器的加力燃烧室环形火焰筒结构的制作方法

本发明属于加力燃烧室领域，具体涉及一种可以有效调节气流流动状态，大幅提高燃烧稳定性与燃烧效率的带有旋流器的加力燃烧室环形火焰筒结构。

背景技术：

加力燃烧室是现代航空燃气轮机的重要部件，主要在军用飞机上为加大发动机推力、增强飞机机动性而短时使用。使用加力燃烧室，能够避免因使用较大推力的发动机而使飞机的迎风面积和质量增加。

加力燃烧室利用燃气中的剩余氧气重新喷入燃油进行在燃烧，通过提高气温以及气流流速来提高发动机推力。开启加力燃烧室可使飞机的最大推力提高50％左右，但是，极高的耗油率使得加力燃烧室只能在飞机起飞、爬升或战斗中短暂使用。加力燃烧室中恶劣的燃烧环境也给燃烧带来很大困难。其中最主要的原因，是加力燃烧室中气流速度过大，相比主燃烧室的进口气流速度，加力燃烧室的进气速度可达到主燃烧室的2～3倍(350m/s～450m/s)。而如何能够在高速的气流中点火，并稳定燃烧，将决定一个加力燃烧室的性能，进而影响整台发动机的性能。

主燃烧室中，大多燃烧室采用旋流器来降低气流速度，旋流器的工作原理是：在气流通过旋流器后，气流旋转前进运动，并向外侧扩张，外侧气流速度增加，对中心气流有卷吸作用，从而导致中心气压降低；随着气流向后运动，速度逐渐降低，中心气压逐渐升高，从而在火焰筒中心产生逆压梯度，气体发生回流。由于回流的产生，在燃烧室中产生了低速区，从而为火焰稳定燃烧提供了条件。

本方案在加力燃烧室中加入旋流器，从而能够产生回流区有效提高火焰稳定燃烧区域，同时，旋流器能够使燃油雾化更加彻底，从而保证加力燃烧室的燃烧效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是加力燃烧室中一种可以有效调节气流流动状态，大幅提高燃烧稳定性与燃烧效率的带有旋流器的环形火焰筒结构。与现有技术相比，该方案在加力燃烧室中部加装6个旋流器，能够在加力燃烧室中产生大范围的回流区，从而能够最大程度的降低气流速度，保证加力燃烧室的稳定燃烧。同时，旋流结构相对v形槽等钝体火焰稳定结构，能够有效降低压力损失。旋流气流能够对燃油产生剪切作用，使燃油雾化更加彻底，从而能够使燃烧更加充分。

技术方案

本发明的目的在于提供一种可以有效调节气流流动状态，大幅提高燃烧稳定性与燃烧效率的带有旋流器的加力燃烧室环形火焰筒结构。

本发明的目的是这样实现的：

加力燃烧室环形火焰筒结构，在加力燃烧室入口位置采用一层整流支板，支板高度为加力燃烧室入口高度的1/3～1/2。在加力尾椎中部采用渐扩的扩压段入口，扩张角度为10°～20°，偏角应小于该位置所对应加力尾椎的壁面角度。加力尾椎尾部设置旋流器，在环形挡板上设置6个单级旋流器。其中旋流器叶片偏角为15°～30°，旋流器中心设置渐扩圆形入口，渐扩角度为5°～10°。旋流器中心高度为加力燃烧室通道高度的1/5～1/4，一级叶片高度可设置略高于旋流器中心高度，旋流器总长度为20mm～50mm，可根据加力燃烧室大小进行适当调整。旋流器环形挡板设置两排进气孔，第一排进气孔位于环形挡板上部1/5处，孔与旋流器相间排开，开孔直径为15mm～20mm，共6个孔。第二排进气孔位于环形挡板下部1/3位置，开孔直径为20～25mm，共6个孔。

旋流器叶片叶型采用流线型设计，其中，叶片头部采用直径为1～1.5mm的圆弧，叶身采用半径为500～1000mm的圆弧，保证旋流叶片的流线型设计。

采用本发明可取得以下有益效果：

1.本发明采用整流支板加旋流器组合设计进行气流减速，能够产生大范围的回流区，从而保证加力燃烧室内部火焰的稳定燃烧。

2.采用旋流器结构，能够有效改变加力燃烧室中气流流动状态，并且能够有效对燃油进行剪切雾化，提高燃油的细度，从而能够保证燃油更充分的燃烧。

3.加力燃烧室设置内壁，能够对加力燃烧室壁面进行有效冷却，降低加力燃烧室红外辐射，从而能够提高飞机隐身性能。

附图说明

图1：加力燃烧室剖视图；

图2：旋流器排布图；

图3：旋流器示意图；

图4：加力燃烧室立体图；

图1中：1-加力燃烧室入口整流支板，2-加力尾椎，3-旋流器，4-中心环形挡板，加力燃烧外壁，6-加力燃烧室内壁

图2中：1-加力燃烧室外壁，2-加力燃烧室内壁，3-旋流器，4-第一排进气孔，5-旋流器中心渐扩进气孔，6-第二排进气孔

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1、图2和图3，本发明提供了一种可改变加力燃烧室内部气流流动状态，增大加力燃烧室回流区大小，提高燃油雾化细度，提高火焰稳定性的带旋流器的加力燃烧室结构。图1为加力燃烧室整体图，图2为旋流器排布图，图3为旋流器示意图，图4为旋流器叶片截面图。

气流由进入加力燃烧室后，经过入口整流支板(图1中1)，气流进行初步减速，之后通过扩压段(图1中7)，气流进一步减速，之后气流通过旋流器(图1中3)，气流产生局部旋流，在加力燃烧室后部产生回流区，同时燃油通过旋流的作用掺混更加均匀，从而能够为加力燃烧室良好的燃烧提供条件。同时，气流可通过中心环形挡板(图1中4)的两排进气孔(图2中4，图2中6)进入气流，为燃烧提供充足的空气。气流在经过扩压段时，分成两股，其中大部分气流通过中心通道经过减速参与燃烧，另一小部分气流通过加力燃烧室内外壁之间的通道，可以有效冷却壁面，降低加力燃烧室红外辐射，从而能够提高飞机的隐身性能。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种带旋流器的加力燃烧室环形火焰筒结构，该结构在加力燃烧室中部加装6个旋流器，能够在加力燃烧室中产生大范围的回流区，从而能够最大程度的降低气流速度，保证加力燃烧室的稳定燃烧。同时，在加力尾椎尾部设置了扩张进气段，以及在旋流器中心设置扩张进气孔，通过多种途径能够大幅降低加力燃烧后市内部气流流动速度，为稳定燃烧提供空间。气流通过旋流器后能够对燃油产生剪切作用，使燃油雾化更加彻底，从而能够使燃烧更加充分。气流通过扩张进气段后，部分气流通过加力燃烧室内外壁中间通道，能够有效降低加力燃烧室壁温，提高飞机红外隐身性能。

技术研发人员：张群;李逸飞;申帅;宋亚恒;寇睿;李承钰;黎超超
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2017.04.10
技术公布日：2017.08.25