一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室的製作方法

2023-04-29 17:22:46

專利名稱：一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室的製作方法
技術領域：
一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室技術領域[0001]本實用新型屬於火箭發動機技術領域，具體地說，涉及一種帶有擾流柱的吸氣 式發動機燃燒室。
背景技術：
[0002]現有技術中的吸氣式發動機為了實現高效燃燒，通常在燃燒室入口處使用突擴 結構。但是這種突擴結構容易在燃燒室中引起縱向低頻的燃燒振蕩，嚴重地制約著高性 能吸氣式發動機的研究與製造。現有公開的文獻「低頻振蕩燃燒研究綜述(《推進技 術》，Vol.17，No.4, 1996，47-53)」中描述了消除燃燒振蕩的通常方法是在燃燒室內設 置隔板和聲腔。但是，在燃燒室內設置隔板和聲腔會過多的增加發動機的消極重量，也 會對熱防護帶來一定的困難，並且這種方法只對高頻燃燒振蕩起作用，對低頻燃燒振蕩 的消除作用效果不明顯，很難滿足使用要求。上述文獻中還提到使用音頻輸出裝置進行 燃燒振蕩的主動控制方法，由於信號檢測和音頻輸出裝置過於龐大，主動控制技術實現 難度較大，目前難以在工程實踐中使用。[0003]本實用新型針對這種情況，根據形成低頻燃燒振蕩的基本原理，通過對擾流柱 與階梯構型進行了統一設計，提出了一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室結構。實用新型內容[0004]本實用新型針對現有技術中所存在的上述問題提出了一種帶有擾流柱的吸氣式 發動機燃燒室結構。其要解決的技術問題在於根據形成低頻燃燒振蕩的原理，通過在 吸氣式發動機燃燒室中採用了擾流柱和階梯構型相結合的結構設計，破壞了燃燒室中周 期性溫度梯度的變化運動，從而實現了消除燃燒振蕩的作用。[0005]為解決上述技術問題，本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室包括噴油 環、擾流柱、階梯結構和燃燒室殼體等部分。其中，噴油環和燃燒室殼體可根據使用環 境選用耐高溫高強鋼。由於燃燒室中存在高速高溫燃氣的流動，擾流柱需要採用防熱材 料，例如鎢合金或碳化矽陶瓷材料。階梯結構可以採用與燃燒室其它部分相同的材料和 防熱方式，例如使用防熱金屬材料，或者使用再生冷卻方式進行熱防護。[0006]所述的發動機燃燒室結構的具體布局採用軸對稱式設計。發動機殼體與階梯 結構可以通過一體化製造、焊接或螺紋連接加工成為一個整體。燃燒室入口上遊設置 有噴油環，提供燃油噴射。進氣段出口與燃燒室入口相交的截面上均勻分布6個長方 體擾流柱，擾流柱設置的方向與燃燒室軸線垂直。擾流柱的長、寬、高的比例分別為 1:1: 2.5，擾流柱高為沿發動機徑向方向，擾流柱長為沿發動機軸向方向。擾流柱高 度應為燃燒室直徑的1/10左右。如果擾流柱採用金屬材料，可以通過焊接與燃燒室殼體 進行連接，如果採用碳化矽陶瓷材料則可以通過螺紋方式進行連接，兩種連接方式均不 需要額外採用密封措施。所述燃燒室其入口處沿周向採用兩級階梯結構，兩級階梯的高 度相等。設階梯高度為h，燃燒室內徑為D，單級階梯高度與燃燒室直徑之比h/D為0.2左右。[0007]本實用新型一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，通過將多個擾流柱與階梯 構型相結合的設置，其結構簡單，效果明顯。在發動機工作過程中能夠有效地消除低頻 燃燒振蕩，提高燃燒室的工作性能和可靠性。


[0008]
以下結合附圖對本實用新型一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室作進一步詳 細的說明。[0009]圖1是本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室結構示意圖。[0010]圖2是本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室的剖視圖。[0011]圖3是本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室與普通燃燒室燃燒振蕩程 度對比曲線。[0012]1.噴油環2.擾流柱3.階梯結構4.燃燒室殼體具體實施方式
[0013]本實施例是一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室。[0014]如圖1所示，本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室結構採用軸對稱式 設計。發動機燃燒室殼體4與階梯結構3可以通過一體化製造、焊接或螺紋連接加工成為 一個整體。燃燒室入口上遊設置有噴油環1，提供燃油噴射。進氣段出口與燃燒室入口 相交的截面上均勻分布有6個長方體擾流柱2，擾流柱2設置的方向與燃燒室軸線垂直。 擾流柱2的長、寬、高的比例分別為1 1 2.5，擾流柱高為沿發動機徑向方向，擾流 柱長為沿發動機軸向方向。擾流柱高度應為燃燒室直徑的1/10左右。在製造應用中， 如果擾流柱2採用金屬材料，可以通過焊接與燃燒室殼體4進行連接，如果採用碳化矽陶 瓷材料則可以通過螺紋方式進行連接，兩種連接方式均不需要額外採用密封措施。燃燒 室入口處沿周向採用兩級階梯結構3，兩級階梯的高度相等。若階梯高度為h，燃燒室內 徑為D，單級階梯高度與燃燒室直徑之比h/D為0.2左右。[0015]所述帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室殼體4採用30CrMnSiA材料，燃燒室 殼體4厚度可以根據需要選取，本發明帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室殼體選取為 IOmm,燃燒室殼體4內部採用再生冷卻，冷卻劑可以選用液體燃料或水，燃燒室內直徑 可以根據實際需要選取，在本實施實例中取為60mm。燃燒室入口前端設置有噴油環1， 噴油環1上均布4個支撐點焊接在發動機殼體上，噴油環採用30CrMnSiA材料。根據本 發明帶有擾流柱的吸氣式發動機選定的燃燒室直徑，擾流柱高度選取為6mm，長和寬均 取為2.5mm，在燃燒室入口截面周向均布有6個擾流柱。由於燃燒室中存在高速高溫燃 氣的流動，擾流柱材料採用鎢合金，通過螺紋方式與發動機殼體進行連接，不用採用額 外的密封結構。階梯結構設計為與燃燒室殼體一體製造，材料同樣選取為30CrMnSiA， 內部使用再生冷卻進行熱防護。單級階梯高h取為12mm，兩個階梯高度為Mmm。[0016]圖2展示了本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室的剖視圖。可以看出 進氣段出口與燃燒室入口相交的截面上周向均布有6個長方體擾流柱2，擾流柱2設置的 方向與燃燒室軸線垂直。[0017]圖3是本實用新型提出的帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室與普通燃燒室燃燒 振蕩程度對比曲線，通過對比驗證可以發現使用本發明提出的帶有擾流柱的吸氣式發動 機燃燒室燃燒振蕩幅度遠小於普通燃燒室，成功地消除了低頻燃燒振蕩。[0018]本實用新型提出的帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，是利用設置擾流柱與階 梯構型相結合，使其結構簡單，在發動機工作過程中能夠有效地消除低頻燃燒振蕩，效 果明顯，而且提高了燃燒室的工作性能和可靠性。
權利要求1.一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，包括噴油環、擾流柱、階梯結構和燃燒 室殼體，其特徵在於所述的發動機燃燒室結構為軸對稱式，燃燒室入口上遊設置有噴 油環，進氣段出口與燃燒室入口相交的截面上均勻分布6個長方體擾流柱，擾流柱設置 的方向與燃燒室軸線垂。
2.根據權利要求1所述的帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，其特徵在於所述的 擾流柱的長、寬、高的比例分別為1 1 2.5，擾流柱高為沿發動機徑向方向，擾流柱 長為沿發動機軸向方向，擾流柱高度應為燃燒室直徑的1/10左右。
3.根據權利要求1所述的帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，其特徵在於所述燃 燒室其入口處沿周向採用兩級階梯結構，兩級階梯的高度相等，單級階梯高度與燃燒室 直徑之比為0.2左右。
4.根據權利要求1所述的帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，其特徵在於所述的 擾流柱若採用金屬材料，通過焊接與燃燒室殼體進行連接；擾流柱若採用碳化矽陶瓷材 料，則通過螺紋方式進行固定連接。
5.根據權利要求1所述的帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，其特徵在於所述的 燃燒室殼體由耐高溫高強鋼材料製成，階梯結構使用與燃燒室相同的材料一體化製造。
專利摘要本實用新型公開了一種帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，包括噴油環、擾流柱、階梯結構和燃燒室殼體，發動機燃燒室結構為軸對稱式，燃燒室殼體由耐高溫高強鋼材料製成；本實用新型帶有擾流柱的吸氣式發動機燃燒室，是利用設置擾流柱與階梯構型相結合，使其結構簡單。階梯結構與燃燒室一體化製造使用再生冷卻方式進行熱防護。在發動機工作過程中能夠有效地消除低頻燃燒振蕩，效果明顯，而且提高了燃燒室的工作性能和可靠性。
文檔編號F02K9/62GK201810422SQ201020572150
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者何國強, 劉洋, 呂翔, 李強, 秦飛, 陳劍 申請人:西北工業大學