具有寬廣工作範圍的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室的製作方法

2023-06-18 09:56:46

專利名稱：具有寬廣工作範圍的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有寬廣工作範圍的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室方案。
背景技術：
社會需求和航空技術的發展促使人們希望未來超音速運輸機的飛行馬赫數Ma能 夠達到0 5的範圍。根據航空推進系統現在所處的技術水平，目前單一類型的動力裝置 不能夠滿足在Ma = 0 5的寬範圍內高效率的工作，必須採用組合發動機。組合發動機是 指根據飛行器的需要，將兩種或兩種以上不同類型發動機組合在一起，在不同的飛行階段 最大限度地發揮各自的性能優勢，這樣的動力裝置稱為組合式發動機。組合動力裝置的類型和方法有很多，根據不同空域，不同飛行速度範圍可以採用 不同的組合。對於飛行Ma = O 5範圍的運輸機，不論是美國國家航空航天局(NASA)格倫 研究中心(Glenn Research Center)的革新渦輪加速器RTA計劃(Revolutionary Turbine AcceleratorProject),還是日本 HYPR 計劃(Hypersonic Transport PropulsionSystem Pro ject)，都採用渦輪發動機與亞燃衝壓發動機的組合。亞燃衝壓燃燒技術，雖然早在五十年代就開始進入應用階段，但是早期使用的衝 壓發動機大多是液體燃料普通衝壓發動機，主要用來作為飛彈的動力裝置，大多數飛行馬 赫數Ma = 2 3。典型的普通亞燃衝壓燃燒室結構示意圖如圖5所示；在圖5中，標號51 表示進氣道，52表示一個亞燃衝壓燃燒室，53表示噴管。普通的亞燃衝壓發動機，對工作狀 態的改變敏感，當發動機離開設計點時，性能很快惡化，工作範圍較窄。而飛行馬赫數Ma = O 5的超聲速運輸機所採用的亞燃衝壓燃燒室的工作範圍要比普通衝壓燃燒室寬很多， 它必須在更寬廣的工作範圍內保持良好的燃燒穩定性、高效率的燃燒以及燃燒室組件結構 可靠性，因此，其技術難度很高。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於 包括燃燒室外壁部分，設置在所述燃燒室外壁部分之內的矩形外圈值班火焰穩定器，固定在所述燃燒室外壁部分上的多個支架，所述多個支架沿著與所述亞燃衝壓燃 燒室的來流方向垂直的方向等距離設置，所述矩形外圈值班火焰穩定器與所述多個支架相 連接，與所述多個支架分別對應和連接的多個縱向值班火焰穩定器，與所述多個縱向值班火焰穩定器分別連接的多組V形穩定器。


圖1是包括根據本發明的一個實施例的並聯亞燃衝壓燃燒室的正視橫截面圖。
圖2是側剖視圖，顯示了根據本發明的一個實施例的燃燒室的各個主要組件。圖3是沿圖1中的B-B線的剖視圖。圖4是沿圖1中的C-C線的剖面圖。圖5表示了一種現有技術的普通亞燃衝壓燃燒室結構示意圖。圖6表示了上下並聯方式的兩種發動機(渦輪發動機與亞燃衝壓發動機)在飛行 器中的一種具體布置，其亞燃衝壓發動機中可應用本發明的實施例。
具體實施例方式渦輪發動機與亞燃衝壓發動機的具體組合方式有串聯式和並聯式，本發明的實施 例主要應用在上下並聯方式布局下的這兩種發動機中的亞燃衝壓發動機中。並聯方式在飛行器中的一種具體布置如圖6所示。在圖6中，標號61表示渦輪噴氣/風扇發動機，62表示一個可以應用本發明的亞燃衝壓燃燒室。本發明人針對Ma = 0 5超聲速運輸機組合動力裝置(渦輪發動機與亞燃衝壓 發動機上下並聯)中的亞燃衝壓發動機，提出一種實際可行的具有寬廣工作範圍的矩形截 面通道亞燃衝壓燃燒室方案。本發明的主要特點包括-橫截面採用二元矩形設計，不同於常規的圓形截面設計。-承力框架採用弓形支架結構，可沿徑向熱變形，保證在高溫工作時的結構可靠。-局部供油管路採用波紋設計，使管路在高溫時可以熱變形。-採用帶燃油分配器的值班火焰穩定器作為主穩定器，保證燃燒室有寬廣的穩定 邊界。圖1顯示了包括本發明的一個實施例的並聯亞燃衝壓燃燒室的正視橫截面圖，其 採用二元矩形設計在如圖2所示的本發明的實施例中，燃燒室採用帶縱向半波紋的分段式防震隔熱 屏2，見圖2，隔熱屏2分5段，從前至後，採用階梯設計；隔熱屏2的前緣距離最外圈值班火 焰穩定器4的尾緣的軸向距離要適當，一方面防止燃油進入冷卻氣通道，另一方面使得火 焰充分發展後，火焰前鋒位於隔熱屏2以內；另外還要選取合適的隔熱屏2到最外圈值班穩 定器4的徑向距離。整個燃燒室的承力框架主要由五個弓形支架6構成，如圖1和圖2所示。弓形支 架6的橫截面採用翼型設計，見圖3的B-B剖視圖。弓形支架6在工作溫度達到1000°C以 上的高溫時，能沿徑向熱變形。弓形支架6與燃燒室外機匣5之間的銷釘聯接，留有活動間 隙，有一定的徑向膨脹裕度。弓形支架6採用翼型剖面設計，以降低對來流的阻力。如圖1所示的外圈值班火焰穩定器4的內部設有燃油分布器18。燃油分布器18 的作用包括1)將燃油沿穩定器展向分布均勻，保證穩定器後合理的燃油濃度分布；2)在分布器內部的空腔中，將引入的空氣和燃油進行初步的摻混，以保證高效率 的燃燒；3)由分布器噴出的油氣混氣可以對穩定器內壁進行冷卻。)， 如圖4的C-C剖面圖所示，沿穩定器4的展向溫度場相對比較均勻，這樣可以降低 隔熱防震屏2的局部熱負荷。在如圖4的C-C剖面圖所示的本發明實施例中，矩形環狀值班火焰穩定器4採用分段設計，各段之間有分段連接點8 ；每個分段由吊耳19懸掛在弓形 支架的後面，如圖2所示。如圖1所示，設置了多個局部供油噴油杆3，以對外圈值班火焰穩定器4進行局部 供油(應該注意的是，圖1中顯示的局部供油噴油杆3隻是為外圈值班火焰穩定器4供油 的局部供油噴油杆中的一部分。)
參照圖2和圖3，在每一個弓形支架6的後面，各懸掛有一個徑向值班火焰穩定器 11，徑向值班火焰穩定器11的兩側懸掛有變截面的橫向V形槽穩定器7 ；置於弓形支架6內 的燃油總管17為徑向值班火焰穩定器11提供局部供油，從燃油總管17伸出的局部供油管 路10採用波紋設計，使局部供油管路10在高溫時可以熱變形。局部供油管路10與燃油總 管17連接，直接對徑向值班火焰穩定器11進行局部供油.如圖3所示，在每個V形槽穩定器7前方，都設置有一個與該V形穩定器7相匹配 的前方供油噴油杆16。如圖2所示，在徑向值班穩定器11與周向值班火焰穩定器4之間，設有徑向聯焰 槽14，以保證燃燒室各燃燒區的相互連接。如圖2所示，一對拉杆12分別連接在相對弓形支架6的中點大體對稱的兩個部位 與徑向值班穩定器11的中部之間，從而形成一個三角形拉杆連接結構。弓形支架6還通過 吊耳28與縱向值班穩定器11的端部部分相連接。燃燒室的點火器裝置13如圖2所示，其安裝位置在穩定器11之前，以防燒壞。如圖4所示，外圈值班火焰穩定器4和徑向值班火焰穩定器11內部都帶有燃油分 布器18，以保證衝壓燃燒室在寬廣的範圍內穩定可靠工作，且保持良好的燃燒性能。圖1至圖4中標號的說明1、拉杆2、隔熱防震屏3、局部供油噴油杆4、外圈值班火焰穩定器5、燃燒室外壁6、弓形支架7、橫向變截面V形穩定器8、值班火焰穩定器的分段連接點9、三角拉杆10、徑向值班穩定器的局部供油管路11、徑向值班火焰穩定器12、大三角拉杆 13、高能點火器14、徑向聯焰槽15、隔熱防震屏的懸掛銷釘16、與V形穩定器相匹配的前方供油噴油杆17、徑向值班穩定器的局部供油燃油總管18、燃油分布器19、與矩形環狀值班火焰穩定器的連接吊耳51、進氣道52、亞燃衝壓燃燒室53、噴管61、渦輪噴氣/風扇發動機62、亞燃衝壓燃燒室28、與縱向值班穩定器的連接吊耳本發明的優越效果1、矩形截面的衝壓燃燒室，利於與飛行器的二元進氣道及二元噴管相配合，有利 於飛行器與動力裝置的一體化設計。2、衝壓燃燒室採用帶有燃油分布器的值班火焰穩定器，有效拓寬了燃燒室的穩定工作範圍，從而使衝壓燃燒室能夠適應寬廣的參數變化範圍，保證了它的可靠工作。3、外圈環狀值班穩定器與弓形支架後安裝的徑向值班穩定器相結合，並配以橫向的變截面V形穩定器，保證在寬廣範圍內具有良好燃燒穩定性的同時，實現高效率的燃燒 和較低的流阻損失。4、燃燒室的主支撐結構採用弓形支架，使結構本身有一定的膨脹裕度，因此可以 適應衝壓燃燒室變化範圍很大的來流溫度。
權利要求
一種矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於包括燃燒室外壁部分(5)，設置在所述燃燒室外壁部分(5)之內的矩形外圈值班火焰穩定器(4)，固定在所述燃燒室外壁部分(5)上的多個支架(6)，所述多個支架(6)沿著與所述亞燃衝壓燃燒室的來流方向垂直的方向等距離設置，所述矩形外圈值班火焰穩定器(4)與所述多個支架(6)相連接，與所述多個支架(6)分別對應和連接的多個縱向值班火焰穩定器(11)，與所述多個縱向值班火焰穩定器(11)分別連接的多組V形穩定器(7)。
2.如權利要求1所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於所述燃燒室外壁部分(5)帶有隔熱屏(2)，所述隔熱屏(2)包括多個段，所述多個段具 有從前至後的階梯布局。
3.如權利要求1所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於 所述多個支架(6)均為弓形支架(6)，所述亞燃衝壓燃燒室進一步包括一對拉杆(12)，所述一對拉杆(12)分別連接在所述 弓形支架(6)相對於所述弓形支架(6)的中點大體對稱的兩個部位與所述徑向值班穩定器 (11)的中部之間，從而形成一個三角形拉杆連接結構；所述弓形支架(6)通過吊耳(28)與相應的所述縱向值班穩定器(11)的端部部分進行 連接；所述支架(6)具有翼型剖面，以降低對來流的阻力。
4.如權利要求3所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於 所述V形槽穩定器(7)為變截面的橫向V形槽穩定器，各所述弓形支架(6)內設置有為與該弓形支架(6)相連的所述縱向值班火焰穩定器 (11)進行局部供油的燃油總管(17),所述亞燃衝壓燃燒室進一步包括設置在每個所述V形槽穩定器(7)前方的一個與該V 形穩定器(7)相匹配的前方供油噴油杆(16)。
5.如權利要求1所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於所述外圈值班火焰穩定器(4)和徑向值班火焰穩定器(11)的內部設有燃油分布器 (18)，以保證衝壓燃燒室在寬廣的範圍內穩定可靠地工作，並保持良好的燃燒性能。
6.如權利要求1所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於進一步包括 連接所述燃燒室外壁部分(5)與矩形外圈值班火焰穩定器(4)的多個拉杆(1，9)， 其中所述防震隔熱屏(2)帶有縱向半波紋，所述弓形支架(6)與所述燃燒室外機匣(5)之間採用留有活動間隙的銷釘聯接，以保 證一定的徑向膨脹裕度。
7.如權利要求4所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於進一步包括 安裝在所述縱向值班火焰穩定器(11)之前的高能點火器(13)，其中所述外圈值班火焰穩定器⑷採用分段設計，各分段通過吊耳(19)與相應的所述 弓形支架(6)相連接。
8.如權利要求4所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於進一步包括設置在所述縱向值班穩定器(11)與外圈值班火焰穩定器⑷之間的徑向聯焰槽(14)， 用於保證所述燃燒室的各燃燒區的相互連接。
9.如權利要求1所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於進一步包括 沿外圈值班火焰穩定器(4)設置的多個局部供油噴油杆(3)。
10.如權利要求1所述的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室，其特徵在於進一步包括 與燃油總管(17)相連接的波紋狀局部供油管路(10)，用於直接對徑向值班火焰穩定器(11)進行局部供油。
全文摘要
本發明人針對Ma＝0～5超聲速運輸機組合動力裝置(渦輪發動機與亞燃衝壓發動機上下並聯)中的亞燃衝壓發動機，提出一種實際可行的具有寬廣工作範圍的矩形截面通道亞燃衝壓燃燒室方案。本發明的主要特點包括橫截面採用二元矩形設計，不同於常規的圓形截面設計；承力框架採用弓形支架結構，可沿徑向熱變形，保證在高溫工作時的結構可靠；局部供油管路採用波紋設計，使管路在高溫時可以熱變形；採用帶燃油分配器的值班火焰穩定器作為主穩定器，保證燃燒室有寬廣的穩定邊界。
文檔編號F02K7/10GK101858279SQ20091008162
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者季鶴鳴, 柳楊, 金捷, 馬文杰 申請人:北京航空航天大學