一種用於一體化加力燃燒室的雙級整流支板的製作方法

2023-10-22 14:24:12

本發明屬於燃氣渦輪發動機領域，涉及一種用於一體化加力燃燒室的雙級整流支板，能較好地適用於燃氣渦輪發動機的加力燃燒室。

背景技術：

加力燃燒室一般用於軍用航空發動機，位於渦輪和尾噴口之間，通過對主燃燒室產生並經過渦輪做功的燃氣進行二次噴油燃燒，從而獲得額外的推力。加力燃燒室的發展過程是一個不斷提高加力溫度、燃燒效率和燃燒穩定性，減少流體損失，減輕重量，提高可靠性和適用性的過程。對於燃燒效率和燃燒穩定性來說，由於加力燃燒室進口總壓較低，氣流速度高，流速高達350～450m/s，燃油停留時間短，導致著火條件變壞，難以穩定火焰，燃燒效率顯著下降。

近年來，國內外開展了加力燃燒室的相關工作，提出了一種一體化加力燃燒室方案。該方案的主要特徵是將渦輪排氣框架的整流支板和加力燃燒室的火焰穩定器設計，內部安裝燃油管路，並用外涵氣體進行冷卻。這種方案有效縮短加力燃燒室的長度，減輕質量，使結構更加緊湊，提高了推重比。但是仍然沒有解決著火條件差、燃燒穩定性和燃燒效率差的問題。

先進高性能的軍用燃氣渦輪發動機對加力燃燒室的燃燒穩定性和燃燒效率提出了更高要求。為了提高加力燃燒室的燃燒穩定性和經濟性，對整流支板和火焰穩定器的結構設計具有很好的前景，有利於提高燃燒室的性能。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提出一種用於一體化加力燃燒室的雙級整流支板。與現有技術相比，本發明採用反旋向組合的雙級整流支板設計：流經兩級整流支板的燃氣旋向相反，產生對油膜的剪切作用，促進燃油的破碎和霧化；同時，在其下遊形成穩定、具有一定燃氣回流量和尺寸合適的回流區，從而實現火焰穩定，提高燃燒效率和燃燒穩定性。雙級整流支板結構的設計和加工都很簡單，在工程應用中有很大優勢。

技術方案

本發明的目的在於提供一種用於一體化加力燃燒室的雙級整流支板。

本發明技術方案如下：

一種用於一體化加力燃燒室的雙級整流支板，包括：第一級整流支板火焰穩定器結構、第二級整流支板火焰穩定器結構和整環凹槽穩定器結構，設計參數包括整流支板的旋向、角度、數量和幾何分布。其特徵在於：第一級整流支板的旋向為順時針，呈10°～40°的角度，並均勻分布在加力內錐上。而第二級整流支板的旋向為逆時針，呈10°～40°的角度。為了減少總壓損失，其迎流面採用流線型設計。兩級整流支板之間設置一個整環凹槽穩定器，起到支撐整流支板的作用，其厚度為3～5mm。第二級整流支板均勻分布在該整環凹槽穩定器上。兩級的整流支板數目均為12～16個。火焰穩定器的壁面厚度為3～5mm，壁面兩側分布有直射式噴嘴小孔。兩級整流支板火焰穩定器的徑向長度比例為3:1，整流支板的具體尺寸應根據一體化加力燃燒室的整體尺寸進行比例分配，在滿足強度要求的前提下，對整流支板火焰穩定器進行尺寸設置。

本發明具有以下有益效果：

在一體化加力燃燒室內採用反旋向組合的雙級整流支板，與普通整流支板不同，流經兩級整流支板的燃氣旋向相反，產生對油膜的剪切作用，促進燃油的破碎和霧化，新鮮的油氣混合氣與已燃的高溫氣體相互混合點燃；從而提高了燃燒效率。另外，為了減少總壓損失，其整流支板迎流面採用流線型設計，反旋向的燃氣流在整流支板火焰穩定器的下遊形成較為穩定的回流區。雙級整流支板火焰穩定器結構的設計擴大了回流區的範圍，並加強了回流區的旋流強度，使油氣混合更加均勻，提高在富油和高空情況下的點火能力，較大程度地提高了燃燒穩定性和燃燒效率。結構設計簡單，可行性高，有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1：帶有雙級整流支板的一體化加力燃燒室示意圖

圖2：一體化加力燃燒室雙級整流支板局部結構示意圖

圖3：雙級整流支板火焰穩定器安裝分布示意圖

圖1中1-機匣 2-可變截面後引射器 3-第一級整流支板火焰穩定器 4-整環凹槽穩定器 5-第二級整流支板火焰穩定器 6-加力內錐

圖2中1-第一級整流支板火焰穩定器 2-整環凹槽穩定器 3-第二級整流支板火焰穩定器 4-加力內錐

圖3中1-第一級整流支板火焰穩定器 2-整環凹槽穩定器 3-第二級整流支板火焰穩定器

具體實施方式

現結合附圖對本發明作進一步描述：

結合圖1、圖2和圖3，本發明提供了一種可以有效加強回流區的旋流強度和促進燃油霧化蒸發的用於一體化加力燃燒室的反旋向組合的雙級整流支板。圖1為帶有雙級整流支板的一體化加力燃燒室示意圖，圖2為一體化加力燃燒室雙級整流支板局部結構示意圖，圖3為雙級整流支板火焰穩定器安裝分布示意圖，主要用來確定雙級整流支板的旋向、角度、數量和幾何分布。

雙級整流支板包括第一級整流支板火焰穩定器結構、第二級整流支板火焰穩定器結構和整環凹槽穩定器結構。圖2所示其局部結構示意圖。已燃的高溫燃氣分別經過第一、二級整流支板(1)(2)，由於其採用的是反旋向組合，兩股燃氣流互成一定的角度，對噴入的燃油油膜產生剪切作用，致使油滴更加容易破碎和霧化。另外，反旋向的燃氣流在整流支板火焰穩定器的下遊，形成較大範圍的回流區，並加強了回流區的旋流強度，使油氣混合更加均勻，燃油停留時間更長。外涵空氣經過圖1中的可變截面引射器(2)進入，與第二級燃氣流混合，一併進入加力燃燒室，補充回流區的旋渦流動能量。由於燃油蒸發和霧化的很充分，能進行更好的燃燒，從而提高了燃燒效率和燃燒穩定性，對燃燒室性能有很大提高，發動機性能也能夠進一步提高。