气液双燃料加力燃烧室与航空发动机

本发明涉及航空发动机，尤其涉及一种气液双燃料加力燃烧室与航空发动机。

背景技术：

1、当前，为提升飞机的机动性能，扩大飞行包线，航空发动机除了配置主燃烧室外，还设置有加力燃烧室，以使得航空发动机能够达到更大的功率和推重比，能够在较短的时间内获得更大的推力。加力燃烧室相比于主燃烧室的位置和功能不同，二者在工作条件上有很大的差别。加力燃烧室的气动热力过程为，涡轮排出高温气流与外涵道空气进入加力燃烧室，通过混合器混合形成压力、速度、温度均匀的气流，气流在通过扩压器增压减速后与燃料掺混，然后在点火装置和火焰稳定器的作用下被点燃；已燃气流向前回流，点燃后续油气混合物，使得加力燃烧室内气体充分燃烧，达到增加喷气速度与推力的目的。

2、由于加力燃烧设置在涡轮的后侧，这种设置会造成加力燃烧室中的气流速度和温度远远高于主燃烧室。与此同时，加力燃烧室中的来流为主燃烧室排出的气流，导致加力燃烧室内进行加力燃烧时的氧气含量要低于主燃烧室，这就对加力燃烧室中的燃烧组织提出了严峻的考验。如何在高速气流中稳定燃烧并保证燃烧效率，是加力燃烧室设计过程中需要深刻思考和研究的课题。

3、在实际应用中，通常将氢气作为气态燃料进行加力燃烧室的燃烧设计，当前几乎所有研究都集中在燃气轮机和超燃冲压发动机中，然而燃气轮机的进口来流为高温高压气体，来流速度大约在10m/s量级，超燃冲压发动机中的燃料是在超声速气流中进行燃烧，速度高达1000m/s，而加力燃烧室的来流速度大约在100m/s，当前基本没有针对来流速度在100m/s左右的加力燃烧室的氢气射流掺混和燃烧特性的研究设计。与此同时，氢气由于其极低的点火能量、宽阔的着火界限和快速的火焰传播速度，极易产生回火和过早燃烧的现象，这进一步增大了将气态燃料与液态燃料在加力燃烧室中进行较好地掺混，并确保高效稳定地燃烧的设计难度。

技术实现思路

1、本发明提供一种气液双燃料加力燃烧室与航空发动机，用以解决当前难以将气态燃料与液态燃料在加力燃烧室中进行较好地掺混，并实现高效稳定地燃烧的问题。

2、在第一方面，本发明提供一种气液双燃料加力燃烧室，包括：蒸发式火焰稳定器、外环稳定组件和内环稳定组件；

3、所述蒸发式火焰稳定器、所述外环稳定组件和所述内环稳定组件用于设于气流的流场中；所述外环稳定组件和所述内环稳定组件沿所述气流的流动方向设于所述蒸发式火焰稳定器的后侧；所述外环稳定组件位于所述内环稳定组件的外侧，所述外环稳定组件和所述内环稳定组件之间形成第一回流区；

4、所述蒸发式火焰稳定器用于进行液态燃料的喷射和蒸发，以形成值班火焰；所述外环稳定组件具有用于通入气体燃料的第一气体流道，并配置有与所述第一气体流道连通的多个第一喷射孔；所述内环稳定组件具有用于通入气体燃料的第二气体流道，并配置有与所述第二气体流道连通的多个第二喷射孔；

5、其中，至少部分所述第一喷射孔和至少部分所述第二喷射孔用于向所述第一回流区喷射气体燃料。

6、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述蒸发式火焰稳定器包括v型稳定器，所述v型稳定器呈环状，所述v型稳定器背离所述气流的来流方向的一侧形成槽口端，所述v型稳定器内形成第二回流区；

7、所述外环稳定组件和所述内环稳定组件相对于所述v型稳定器的中轴线同轴设置；所述外环稳定组件靠近所述v型稳定器的一端与所述v型稳定器的外槽边连接，所述内环稳定组件靠近所述v型稳定器的一端与所述v型稳定器的内槽边连接。

8、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述第一喷射孔和所述第二喷射孔当中的至少一者的喷射方向与所述中轴线垂直。

9、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述外环稳定组件包括第一径向稳定器和第一周向稳定器；

10、所述第一径向稳定器的第一端和所述v型稳定器连接，所述第一径向稳定器的第二端和所述第一周向稳定器连接；所述第一径向稳定器具有第一容置腔及与所述第一容置腔连通的所述第一喷射孔；所述第一周向稳定器具有第二容置腔及与所述第二容置腔连通的所述第一喷射孔；所述第一容置腔和所述第二容置腔相连通，以形成所述第一气体流道；

11、其中，所述第一径向稳定器呈直线状，所述第一周向稳定器呈环状，所述第一径向稳定器的第二端相对于所述中轴线朝向所述v型稳定器的外侧倾斜设置，以实现与所述第一周向稳定器连接。

12、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述第一径向稳定器的左、右侧壁各设有沿展向设置的所述第一喷射孔，所述第一周向稳定器的内、外侧壁各设有沿径向设置的所述第一喷射孔，所述径向和所述展向彼此垂直，并且分别与所述中轴线垂直。

13、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述内环稳定组件包括第二径向稳定器和第二周向稳定器；

14、所述第二径向稳定器的第一端和所述v型稳定器连接，所述第二径向稳定器的第二端和所述第二周向稳定器连接；所述第二径向稳定器具有第一容纳腔及与所述第一容纳腔连通的所述第二喷射孔；所述第二周向稳定器具有第二容纳腔及与所述第二容纳腔连通的所述第二喷射孔；所述第一容纳腔和所述第二容纳腔相连通，以形成所述第二气体流道；

15、其中，所述第二径向稳定器呈直线状，所述第二周向稳定器呈环状，所述第二径向稳定器的第二端相对于所述中轴线朝向所述v型稳定器的内侧倾斜设置，以实现与所述第二周向稳定器连接。

16、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述第二径向稳定器的左、右侧壁各设有沿展向设置的所述第二喷射孔，所述第二周向稳定器的内、外侧壁各设有沿径向设置的所述第二喷射孔，所述径向和所述展向彼此垂直，并且分别与所述中轴线垂直。

17、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述蒸发式火焰稳定器还包括第一喷油组件和蒸发管；

18、所述v型稳定器的内、外侧壁各设有通气口；所述v型稳定器朝向所述气流的来流方向的一侧设有输入口，所述第一喷油组件用于向所述输入口中喷入液态燃料；所述输入口和所述蒸发管连通，所述蒸发管设于所述v型稳定器内，并沿所述v型稳定器的周向延伸设置，所述蒸发管上设有多个喷雾孔；

19、其中，所述第一喷油组件喷出的液态燃料和来流空气通过所述输入口进入至所述蒸发管中以形成气液混合物，所述气液混合物通过所述喷雾孔喷射至所述v型稳定器的第二回流区。

20、根据本发明提供的一种气液双燃料加力燃烧室，所述气液双燃料加力燃烧室还包括：第二喷油组件；所述第二喷油组件设于所述外环稳定组件的外侧，所述第二喷油组件用于向所述外环稳定组件所对应的区域喷射液态燃料；

21、和/或，所述气液双燃料加力燃烧室还包括：第三喷油组件；所述第三喷油组件设于所述内环稳定组件的内侧，所述第三喷油组件用于向所述内环稳定组件所对应的区域喷射液态燃料。

22、在第二方面，本发明还提供一种航空发动机，所述航空发动机包括如上任一项所述的气液双燃料加力燃烧室。

23、本发明提供的气液双燃料加力燃烧室与航空发动机，通过在蒸发式火焰稳定器的后侧配置外环稳定组件和内环稳定组件，可以基于蒸发式火焰稳定器进行液态燃料的提前燃烧，通过外环稳定组件和内环稳定组件的布设形态，并基于多个第一喷射孔和多个第一喷射孔进行气体燃料的供给，确保气态燃料尽可能地均匀地布设于外环稳定组件和内环稳定组件之间的第一回流区，并与液态燃料燃烧产生的高温燃气进行充分混合，从而将气态燃料与液态燃料在加力燃烧室中进行较好地掺混，实现高效稳定地燃烧。

24、由上可知，本发明所示的气液双燃料加力燃烧室，在进行燃烧组织时，采用扩散火焰的方式以避免气态燃料在燃烧过程中出现回火的风险，相比于直接采用加气管道以向加力燃烧室供应气态燃料的设计方式，本发明降低了整体加力燃烧室的流动损失，能够确保加力燃烧室火焰稳定性和较高的燃烧效率。