一种新型微型航空发动机燃烧室的制作方法

本发明属于微型航空发动机技术领域，具体涉及一种新型微型航空发动机燃烧室。

背景技术：

自20世纪80年代微型发动机概念出现以来，微型发动机及其相关技术的研究取得了较大进步，微型发动机凭借其特有的优点受到各国的关注，具有很大的发展潜力。近几年，微型动力系统已成为国内外研究热点，其中微型涡轮发动机是最有前途的动力之一，具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高、推重比高等优点，还可以作为发电装置，具有良好的发展前途和广阔的应用前景。

微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机中的关键环节，也是最重要的部分，与常规尺度燃烧室相比，此种燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，燃料在燃烧室驻留时间短，与空气掺混效果不明显，容易造成燃烧不充分，同时也增加了调节火焰筒出口温度的难度；面容比较大就会造成散热损失增大，从而导致燃烧不稳定现象的出现，甚至是造成发动机熄火。由此可见，微型发动机燃烧室的研制与发展，不能单纯借鉴常规发动机的经验与技术，在总体结构和部件技术上必须有所创新。

国内外已经开展了很多有关微型发动机燃烧室的相关研究工作，新一代微型发动机采用的燃烧室主要有直流环形燃烧室和回流环形燃烧室。根椐目前国外研究动向及对直流与回流环形燃烧室的对比分析可知，高性能微型发动机采用直流环形燃烧室是目前的发展方向。这种燃烧室中，蒸发管式的环形燃烧室被广泛采用。蒸发管是其中的一个重要部件，它主要应用于这种厘米级发动机燃烧室中，液体燃料经过蒸发管时，逐渐蒸发为气态，在燃烧之前和蒸发管里面的空气已经初步掺混，这样缩短了气流在燃烧室滞留的时间，并且能够较好的燃烧，同时，它没有旋流器，也没有用来产生稳定涡的钝体，但火焰筒的内外壁面开着很多有规律的掺混孔，孔与蒸发管出口气流能产生稳定涡，使燃油更加充分燃烧，并使出口温度满足涡轮进口的要求，采用此种供油方式可以在较短的燃烧停留时间条件下获得较高的燃烧性能。对于微型发动机燃烧室蒸发管的研究还有待提高，蒸发管壁面结构设计具有很大的研究空间，这对燃烧室性能的提高会有很大帮助。

除了对蒸发管的要求很高之外，目前微型发动机燃烧室的固定作用欠缺，受到发动机工作过程的强烈振动，燃烧室内火焰筒结构设计易受影响，导致稳定性差，目前对其固定作用的设计总存在一定问题，所以对微型航空发动机燃烧室的固定作用设计也需要完善。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提出一种新型微型航空发动机燃烧室。与现有的技术结构相比，本发明的优点是对火焰筒内蒸发管和火焰筒内外壁面进行合理的设计，可以有效提高雾化效果及对火焰筒的固定作用。蒸发管属于油路的后段，燃油从燃油总管分别等量流入六根支管，支管与火焰筒壁面成一定夹角进入火焰筒内部，内部蒸发管采用螺旋结构，一方面缩短蒸发管路径，减少过程中的流阻损失，另一方面可以在较短路径内充分预热燃油，由螺旋蒸发管出来的燃油雾化质量较好，与火焰筒头部流入的空气流成一定角度混合，且角度可调，可以合理控制混合均匀度，且该过程为多点混合，即六根蒸发管喷出的燃油蒸汽分别同六个火焰筒头部气流孔混合，可以使混合均匀度进一步提高。对火焰筒结构的改造即对火焰筒内外壁面上设计三个固定柱体，通过焊接与壁面相连，三个柱体上设计一圈固定环，固定环具有一定弧度，外壁面固定环与燃烧室外机匣相匹配，内壁面固定环与燃烧室内机匣相匹配，这样可以很好地固定火焰筒。此外，将火焰筒壁面设计为两层，内外层用多孔介质填充，除了对火焰筒进行一定的冷却作用外，还可以起到减震的作用，防止火焰筒工作过程中受高温和高频振动而产生偏置。通过对微型燃烧室的蒸发管和火焰筒壁面的结构设计，可以很好地提升燃烧室参数性能和燃烧效果，并且对火焰筒强度和使用寿命有极大的提升，具有很好的应用前景。

技术方案

本发明的目的在于提供一种新型微型航空发动机燃烧室，它能够实现燃油充分雾化，油气混合更加均匀，且能高效稳定工作。

本发明技术方案如下：

一种新型微型航空发动机燃烧室，由改进后的火焰筒内油路结构及整个燃烧室的固定和强化组合而成。

所述新型微型航空发动机燃烧室，其特征在于：基于传统微型航空发动机燃烧室的油路结构路程长，油路易受外部作用导致变形等缺点，将油路设计为螺旋状；基于传统微型航空发动机燃烧室的整体固定作用差，高温作用下容易导致火焰筒位置不稳定等因素，将火焰筒进行内外加固，并将火焰筒设计为双层壁结构，增强其稳定性。首先将燃烧室油路结构缩短，燃油通过燃油总管流向各分路支管，支管通过火焰筒壁面进入火焰筒内部，内部油路蒸发管设计为螺旋状，增强油路稳定性，确保不受高温导致蒸发管变形，同时可以为喷出的燃油设计喷射角度，达到充分燃烧的目的；其次，在火焰筒内外壁面上设计固定装置，保证火焰筒工作时能不受振动影响，提高其可用寿命。

所述油路结构，其特征在于：油路为螺旋状，火焰筒头部设计一圈燃油总管，分为六道支管，各支管等距分布，油路与火焰筒壁面呈30°角进入火焰筒内部，进入内部距离约10mm处设计弯管，燃油由弯管处转向向火焰筒头部方向流。经过弯管设计油路为螺旋状，螺旋圈数为5-10圈，离头部空气入口10mm处结束，螺旋出口角度依据燃烧效果进行调节。经过蒸发管的螺旋作用喷出的燃油具有一定方向的速度，与火焰筒头部进入的空气进行混合，可以更好的产生内部旋流。

所述火焰筒固定装置，其特征在于：可以有效固定火焰筒，防止受到工作过程中振动导致火焰筒位置偏移。固定装置为内外夹具，设计在火焰筒中部偏后位置。内外壁均先设计三个耐压柱体，均布在内外壁面上，再在柱体上焊接一圈具有一定弧度的圆形曲面，以便固定燃烧室外机匣和中心轴承。这种设计强度大，固定作用好。所述火焰筒壁面采用双层壁结构，壁面间由多孔介质填充，可起到有效减震的作用，同时从壁面流入火焰筒的气流一部分进入了多孔介质层，可对火焰筒进行一定程度的降温，起到壁面冷却的作用。

采用本发明可取得以下有益效果：

1.本发明采用螺旋式蒸发管结构，可以将燃烧室油路结构缩短，增强油路稳定性，确保不受高温导致蒸发管变形，同时燃油从蒸发管喷出具有一定方向的速度，可以为喷出的燃油设计喷射角度，可以更好的产生内部旋流，增强燃烧效率，达到充分燃烧的目的。

2.本发明采用火焰筒固定装置结构，可以有效固定火焰筒，防止受到工作过程中振动导致火焰筒位置偏移，保证火焰筒工作时能不受振动影响。

3.本发明采用火焰筒双层壁面结构，壁面间由多孔介质填充，可起到有效减震的作用，这种壁面强度大，稳定性好，同时可对火焰筒进行一定程度的降温，起到壁面冷却的作用，延长火焰筒壁面使用寿命。

附图说明

图1：新型微型燃烧室整体示意图

图2：新型微型燃烧室头部结构视图

图3：螺旋式蒸发管示意图

图4：燃烧室固定装置细节图

图5：火焰筒多孔介质壁面放大示意图

图中：1-螺旋式蒸发管，2-燃油支管，3-环形燃油总管，4-火焰筒外壁固定装置，5-火焰筒内壁固定装置，6-火焰筒外壁，7-火焰筒头部气流孔，8-火焰筒内壁。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步描述：

结合图1-5，本发明提供一种新型微型航空发动机燃烧室的技术方案。图1为新型微型燃烧室整体示意图，图2为新型微型燃烧室头部结构视图，图3为螺旋式蒸发管示意图，图4为燃烧室固定装置细节图，图5为火焰筒多孔介质壁面放大示意图。

综上结构示意图，一方面，燃烧室工作时，燃油先从燃油总管3流入，通过六根燃油支管2均匀流入火焰筒内部，在火焰筒内部依靠螺旋式蒸发管1的作用，燃油可以在较短路径内实现充分预热，且螺旋结构可以提高蒸发管稳定性，确保不受高温导致变形，同时可以为喷出的燃油设计喷射角度，经过蒸发管的螺旋作用喷出的燃油具有一定方向的速度，与火焰筒头部气流孔7进入的空气进行混合，可以更好的产生内部旋流，达到充分燃烧的目的。另一方面，为了保证火焰筒工作时不受振动和高温燃烧影响，将火焰筒进行内外加固，在外壁设计火焰筒外壁固定装置4，在内壁设计火焰筒内壁固定装置5，这种设计强度大，可以有效固定火焰筒，防止受到工作过程中振动导致火焰筒位置偏移，提高其使用寿命。同时将火焰筒设计为双层壁结构，壁面间由多孔介质填充，可起到有效减震的作用，增强其稳定性，同时从壁面流入火焰筒的气流一部分进入了多孔介质层，可对火焰筒进行一定程度的降温，起到壁面冷却的作用。