一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器

1.本发明涉及一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，其可用于高推重比航空发动机的一体化加力燃烧室，属于航空技术领域。


背景技术：

2.新一代加力涡扇发动机追求高的推重比，在加力燃烧室方面，就要求零部件简洁，冷态流阻损失低，加力段长度占比小，同时加力燃烧效率高。加力燃烧室采用火焰稳定器稳定火焰组织燃烧，火焰稳定器的性能是加力燃烧室性能的决定性影响因素。新一代加力涡扇发动机大多采用整流支板与火焰稳定器一体化设计的一体化加力燃烧室。但常规支板火焰稳定器产生卡门涡街型回流涡，其回流涡稳定性较差，会导致局部不稳定的燃烧。
3.因加力段长度占比小，燃油喷射到火焰稳定器后缘距离相应变小，在被点燃前燃油雾化、蒸发和掺混不充分，容易导致燃烧不稳定，与回流涡导致的不稳定燃烧叠加后，会放大燃烧不稳定问题，进而影响燃烧反应进程；火焰稳定器后缘到喷管出口距离相应变小，燃烧段变短，火焰稳定器后回流区火焰在横向来不及传遍整个燃烧室，部分油气混合物未被充分燃烧，部分油气混合物未参与燃烧而被直接排出，因而严重影响了加力燃烧效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器两侧面布置波浪形凹腔，以提高火焰稳定性，减小流动损失，增大燃烧效率。
5.本发明通过如下技术方案实现。
6.一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器两侧面都布置有波浪形凹腔。
7.进一步，所述的支板火焰稳定器，弦长90～150mm，展长由具体发动机确定，由前缘、平直段、v型底面组成，前缘为椭圆型面，椭圆长轴尺寸是短轴的1.7～2.5倍，前缘与平直段相切连续，平直段宽24～36mm，v型底面型面夹角100
°
～150
°
。
8.进一步，所述的波浪形凹腔的波浪形几何特征含3～5个波长，在波峰位置起始和终止，波浪形为在锯齿形波的波峰和波谷倒圆角得到，圆角半径15～30mm，锯齿形波振幅为6～15mm，波浪形凹腔前壁的波浪中线至支板火焰稳定器尾缘弦向距离30～36mm，波浪形凹腔各处横截面形状相同，横截面呈梯形，波浪形凹腔前壁与底面垂直，后壁与底面夹角150
°
～160
°
，前壁高5～7mm，底面宽10～12mm。
9.与现有技术相比，本发明的优点和取得的有益效果为：
10.第一，火焰稳定性能好。常规支板火焰稳定器产生卡门涡街型回流涡，其回流涡稳定性较差，容易出现燃烧不稳定问题。在常规支板火焰稳定器两侧布置波浪形凹腔后，产生的是k-h型回流涡，回流涡稳定性增强。凹腔里的旋涡有利于燃油的蒸发和掺混，利于稳定高效的燃烧。波浪形凹腔形成旋涡，使壁面附近主流流向凹腔后壁，凹腔的波浪形几何特征使燃油在波谷尾流区相对波峰尾流区更富集，沿火焰稳定器展向燃油含量呈波浪形分布，
有利于拓宽火焰稳定范围。因而能获得更好的火焰稳定性能
11.第二，燃烧效率高。在常规支板火焰稳定器两侧布置波浪形凹腔后，产生的是k-h型回流涡，回流涡稳定性增强。凹腔里的旋涡有利于燃油的蒸发和掺混，且使壁面附近主流流向凹腔后壁，凹腔的波浪形几何特征使燃油在波谷尾流区相对波峰尾流区更富集，沿火焰稳定器展向燃油含量呈波浪形分布，这些有利于获得稳定高效的燃烧。因而能获得更高的燃烧效率。
12.第三，流阻损失小。要达到同样的火焰稳定性能和燃烧效率，与增加常规支板火焰稳定器的堵塞厚度相比，在常规支板火焰稳定器两侧布置波浪形凹腔，所引起的流阻损失更小，而且，用k-h型回流涡替换卡门涡街型回流涡，有利于减小流阻损失。因而流阻损失更小。
附图说明
13.图1为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的等轴视图。
14.图2为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的侧视图。
15.图3为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的俯视图。
16.图4为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的前视图。
17.图5为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的后视图。
18.图6为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的纵向截面v
x
分布。
19.图7为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的横向截面v
x
分布。
20.图8为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的流线图一。
21.图9为本发明中带波浪形凹腔的支板火焰稳定器的流线图二。
22.在附图中，1为前缘；2为平直段；3为v型底面；4为波浪形凹腔；l1为支板火焰稳定器弦长；l2为波浪形凹腔底面宽；l3为波浪形凹腔前壁的波浪中线至支板火焰稳定器尾缘弦向距离；w1为平直段宽；w2为波浪形凹腔前壁高；h1为支板火焰稳定器展长；α1为支板火焰稳定器v型底面型面夹角；α2为波浪形凹腔后壁与底面夹角；r为在锯齿形波的波峰和波谷倒圆角的圆角半径；a为锯齿形波振幅。
具体实施方式
23.下面将结合附图1～5和实施例对本发明进行进一步详细说明。
24.一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器两侧面都布置有波浪形凹腔4。
25.作为本发明实施例的进一步改进，所述的支板火焰稳定器，弦长l1为90～150mm，本实施例具体为120mm，展长h1由具体发动机确定，本实施例具体为180mm，由前缘1、平直段2、v型底面3组成，前缘1为椭圆型面，椭圆长轴尺寸是短轴的1.7～2.5倍，本实施例具体为1.77倍，前缘1与平直段2相切连续，平直段2宽w1为24～36mm，本实施例具体为26mm，v型底面3型面夹角α1为100
°
～150
°
，本实施例具体为120
°
。
26.作为本发明实施例的进一步改进，所述的波浪形凹腔4的波浪形几何特征含3～5个波长，本实施例具体为3个，在波峰位置起始和终止，波浪形为在锯齿形波的波峰和波谷倒圆角得到，圆角半径r为15～30mm，本实施例具体为18mm，锯齿形波振幅a为6～15mm，本实
施例具体为12mm，波浪形凹腔4前壁的波浪中线至支板火焰稳定器尾缘弦向距离l3为30～36mm，本实施例具体33mm，波浪形凹腔4各处横截面形状相同，横截面呈梯形，波浪形凹腔4前壁与底面垂直，后壁与底面夹角α2为150
°
～160
°
，本实施例具体为155
°
，前壁高w2为5～7mm，本实施例具体为6mm，底面宽l2为10～12mm，本实施例具体为11mm。
27.以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，其特征在于，所述的支板火焰稳定器，弦长90～150mm，展长由具体发动机确定；支板火焰稳定器由前缘(1)、平直段(2)、v型底面(3)组成，前缘(1)为椭圆型面，椭圆长轴尺寸是短轴的1.7～2.5倍，前缘(1)与平直段(2)相切连续，平直段(2)宽24～36mm，v型底面(3)型面夹角100
°
～150
°
，在支板火焰稳定器两侧面都布置有波浪形凹腔(4)，波浪形凹腔(4)的波浪形含3～5个波长，在波峰位置起始和终止，波浪形为在锯齿形波的波峰和波谷倒圆角得到，圆角半径15～30mm，锯齿形波振幅为6～15mm，波浪形凹腔(4)前壁的波浪中线至支板火焰稳定器尾缘弦向距离30～36mm，波浪形凹腔(4)各处横截面形状相同，横截面呈梯形，波浪形凹腔(4)前壁与底面垂直，后壁与底面夹角150
°
～160
°
，前壁高5～7mm，底面宽10～12mm。

技术总结
本发明涉及一种带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，支板火焰稳定器由前缘、平直段、V型底面组成，在平直段两侧面都布置有含3～5个波长的波浪形凹腔。本发明的优点和取得的有益效果为：加力燃烧室采用该带波浪形凹腔的支板火焰稳定器，火焰稳定性能好，燃烧效率高，流阻损失小。小。小。


技术研发人员：廖文彬 盛志强 汲心月 胡晓安
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2023.01.08
技术公布日：2023/3/28