一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器
2024-04-12 12:15:05
1.本發明涉及一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，其可用於高推重比航空發動機的一體化加力燃燒室，屬於航空技術領域。
背景技術：
2.新一代加力渦扇發動機追求高的推重比，在加力燃燒室方面，就要求零部件簡潔，冷態流阻損失低，加力段長度佔比小，同時加力燃燒效率高。加力燃燒室採用火焰穩定器穩定火焰組織燃燒，火焰穩定器的性能是加力燃燒室性能的決定性影響因素。新一代加力渦扇發動機大多採用整流支板與火焰穩定器一體化設計的一體化加力燃燒室。但常規支板火焰穩定器產生卡門渦街型回流渦，其回流渦穩定性較差，會導致局部不穩定的燃燒。
3.因加力段長度佔比小，燃油噴射到火焰穩定器後緣距離相應變小，在被點燃前燃油霧化、蒸發和摻混不充分，容易導致燃燒不穩定，與回流渦導致的不穩定燃燒疊加後，會放大燃燒不穩定問題，進而影響燃燒反應進程；火焰穩定器後緣到噴管出口距離相應變小，燃燒段變短，火焰穩定器後回流區火焰在橫向來不及傳遍整個燃燒室，部分油氣混合物未被充分燃燒，部分油氣混合物未參與燃燒而被直接排出，因而嚴重影響了加力燃燒效率。
技術實現要素：
4.本發明的目的在於提供一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，在支板火焰穩定器兩側面布置波浪形凹腔，以提高火焰穩定性，減小流動損失，增大燃燒效率。
5.本發明通過如下技術方案實現。
6.一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，在支板火焰穩定器兩側面都布置有波浪形凹腔。
7.進一步，所述的支板火焰穩定器，弦長90～150mm，展長由具體發動機確定，由前緣、平直段、v型底面組成，前緣為橢圓型面，橢圓長軸尺寸是短軸的1.7～2.5倍，前緣與平直段相切連續，平直段寬24～36mm，v型底面型面夾角100
°
～150
°
。
8.進一步，所述的波浪形凹腔的波浪形幾何特徵含3～5個波長，在波峰位置起始和終止，波浪形為在鋸齒形波的波峰和波谷倒圓角得到，圓角半徑15～30mm，鋸齒形波振幅為6～15mm，波浪形凹腔前壁的波浪中線至支板火焰穩定器尾緣弦向距離30～36mm，波浪形凹腔各處橫截面形狀相同，橫截面呈梯形，波浪形凹腔前壁與底面垂直，後壁與底面夾角150
°
～160
°
，前壁高5～7mm，底面寬10～12mm。
9.與現有技術相比，本發明的優點和取得的有益效果為：
10.第一，火焰穩定性能好。常規支板火焰穩定器產生卡門渦街型回流渦，其回流渦穩定性較差，容易出現燃燒不穩定問題。在常規支板火焰穩定器兩側布置波浪形凹腔後，產生的是k-h型回流渦，回流渦穩定性增強。凹腔裡的旋渦有利於燃油的蒸發和摻混，利於穩定高效的燃燒。波浪形凹腔形成旋渦，使壁面附近主流流向凹腔後壁，凹腔的波浪形幾何特徵使燃油在波谷尾流區相對波峰尾流區更富集，沿火焰穩定器展向燃油含量呈波浪形分布，
有利於拓寬火焰穩定範圍。因而能獲得更好的火焰穩定性能
11.第二，燃燒效率高。在常規支板火焰穩定器兩側布置波浪形凹腔後，產生的是k-h型回流渦，回流渦穩定性增強。凹腔裡的旋渦有利於燃油的蒸發和摻混，且使壁面附近主流流向凹腔後壁，凹腔的波浪形幾何特徵使燃油在波谷尾流區相對波峰尾流區更富集，沿火焰穩定器展向燃油含量呈波浪形分布，這些有利於獲得穩定高效的燃燒。因而能獲得更高的燃燒效率。
12.第三，流阻損失小。要達到同樣的火焰穩定性能和燃燒效率，與增加常規支板火焰穩定器的堵塞厚度相比，在常規支板火焰穩定器兩側布置波浪形凹腔，所引起的流阻損失更小，而且，用k-h型回流渦替換卡門渦街型回流渦，有利於減小流阻損失。因而流阻損失更小。
附圖說明
13.圖1為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的等軸視圖。
14.圖2為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的側視圖。
15.圖3為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的俯視圖。
16.圖4為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的前視圖。
17.圖5為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的後視圖。
18.圖6為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的縱向截面v
x
分布。
19.圖7為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的橫向截面v
x
分布。
20.圖8為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的流線圖一。
21.圖9為本發明中帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器的流線圖二。
22.在附圖中，1為前緣；2為平直段；3為v型底面；4為波浪形凹腔；l1為支板火焰穩定器弦長；l2為波浪形凹腔底面寬；l3為波浪形凹腔前壁的波浪中線至支板火焰穩定器尾緣弦向距離；w1為平直段寬；w2為波浪形凹腔前壁高；h1為支板火焰穩定器展長；α1為支板火焰穩定器v型底面型面夾角；α2為波浪形凹腔後壁與底面夾角；r為在鋸齒形波的波峰和波谷倒圓角的圓角半徑；a為鋸齒形波振幅。
具體實施方式
23.下面將結合附圖1～5和實施例對本發明進行進一步詳細說明。
24.一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，在支板火焰穩定器兩側面都布置有波浪形凹腔4。
25.作為本發明實施例的進一步改進，所述的支板火焰穩定器，弦長l1為90～150mm，本實施例具體為120mm，展長h1由具體發動機確定，本實施例具體為180mm，由前緣1、平直段2、v型底面3組成，前緣1為橢圓型面，橢圓長軸尺寸是短軸的1.7～2.5倍，本實施例具體為1.77倍，前緣1與平直段2相切連續，平直段2寬w1為24～36mm，本實施例具體為26mm，v型底面3型面夾角α1為100
°
～150
°
，本實施例具體為120
°
。
26.作為本發明實施例的進一步改進，所述的波浪形凹腔4的波浪形幾何特徵含3～5個波長，本實施例具體為3個，在波峰位置起始和終止，波浪形為在鋸齒形波的波峰和波谷倒圓角得到，圓角半徑r為15～30mm，本實施例具體為18mm，鋸齒形波振幅a為6～15mm，本實
施例具體為12mm，波浪形凹腔4前壁的波浪中線至支板火焰穩定器尾緣弦向距離l3為30～36mm，本實施例具體33mm，波浪形凹腔4各處橫截面形狀相同，橫截面呈梯形，波浪形凹腔4前壁與底面垂直，後壁與底面夾角α2為150
°
～160
°
，本實施例具體為155
°
，前壁高w2為5～7mm，本實施例具體為6mm，底面寬l2為10～12mm，本實施例具體為11mm。
27.以上所述實施方式僅為本發明的優選實施例，而並非本發明可行實施的窮舉。對於本領域的一般技術人員而言，在不背離本發明原理和精神的前提下對其所做出的任何顯而易見的改動，都應當被認為包含在本發明的權利要求保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。
技術特徵：
1.一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，其特徵在於，所述的支板火焰穩定器，弦長90～150mm，展長由具體發動機確定；支板火焰穩定器由前緣(1)、平直段(2)、v型底面(3)組成，前緣(1)為橢圓型面，橢圓長軸尺寸是短軸的1.7～2.5倍，前緣(1)與平直段(2)相切連續，平直段(2)寬24～36mm，v型底面(3)型面夾角100
°
～150
°
，在支板火焰穩定器兩側面都布置有波浪形凹腔(4)，波浪形凹腔(4)的波浪形含3～5個波長，在波峰位置起始和終止，波浪形為在鋸齒形波的波峰和波谷倒圓角得到，圓角半徑15～30mm，鋸齒形波振幅為6～15mm，波浪形凹腔(4)前壁的波浪中線至支板火焰穩定器尾緣弦向距離30～36mm，波浪形凹腔(4)各處橫截面形狀相同，橫截面呈梯形，波浪形凹腔(4)前壁與底面垂直，後壁與底面夾角150
°
～160
°
，前壁高5～7mm，底面寬10～12mm。
技術總結
本發明涉及一種帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，支板火焰穩定器由前緣、平直段、V型底面組成，在平直段兩側面都布置有含3～5個波長的波浪形凹腔。本發明的優點和取得的有益效果為：加力燃燒室採用該帶波浪形凹腔的支板火焰穩定器，火焰穩定性能好，燃燒效率高，流阻損失小。小。小。
技術研發人員：廖文彬 盛志強 汲心月 胡曉安
受保護的技術使用者：南昌航空大學
技術研發日：2023.01.08
技術公布日：2023/3/28