本發(fā)明涉及飛行器發(fā)動機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定裝置。具體地，本發(fā)明尤其涉及一種具有后向臺階結(jié)構(gòu)的火焰穩(wěn)定裝置。

背景技術(shù)：

高超聲速飛行器是目前世界各軍事強(qiáng)國大力發(fā)展的制高點(diǎn)，動力裝置是飛行器性能的決定因素。以渦輪基組合沖壓發(fā)動機(jī)是最具潛力應(yīng)用于水平起降的高超聲速飛行器的動力裝置。高性能亞燃沖壓燃燒室是組合發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件，其中液體燃料在高馬赫數(shù)氣流中的可靠點(diǎn)火及穩(wěn)定燃燒是目前難點(diǎn)。針對未來TBCC發(fā)動機(jī)中高性能沖壓燃燒室研制，本發(fā)明提出高點(diǎn)火可靠性、寬的火焰穩(wěn)定邊界的新型火焰穩(wěn)定器。國內(nèi)外學(xué)者針對火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了以下幾種方式：

專利文獻(xiàn)CN102200292A提出了一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器裝置。該裝置在渦輪后框架支板上開有凹腔，尾緣突擴(kuò)翼型，氣流流經(jīng)支板凹腔及尾緣突擴(kuò)處形成低速回流區(qū)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定火焰的目的。

專利文獻(xiàn)CN104373964A提出了一種噴油系統(tǒng)和凹腔支板火焰穩(wěn)定器一體化設(shè)計方案，噴油桿內(nèi)置于凹腔支板內(nèi)部空腔中，一方面減少零件數(shù)，減輕重量，降低流動損失，另一方面利用流過凹腔支板內(nèi)的冷卻氣流對噴油進(jìn)行氣動霧化，提高加力燃燒室整體性能。

專利文獻(xiàn)CN104776448A提出了一種多功能模態(tài)可調(diào)穩(wěn)焰支板方案。其在非加力狀態(tài)具有小流阻，在加力狀態(tài)，產(chǎn)生大尺度漩渦，能夠有效穩(wěn)焰聯(lián)焰，同時在整流狀態(tài)下能夠改善流場均勻性。

專利文獻(xiàn)CN104819484A提出了一種徑向點(diǎn)火的蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器。基于傳統(tǒng)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)，增加了適當(dāng)長度的流向裙板。在不增加流動阻力的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)高速氣流中的低溫可靠點(diǎn)火并穩(wěn)定燃燒。

V型槽等鈍體火焰穩(wěn)定器在目前加力燃燒室中廣泛采用。在低飛行馬赫數(shù)工況，進(jìn)入加力燃燒室的氣流馬赫數(shù)較低，氣流在鈍體尾緣形成低速回流區(qū)，能起到較好的點(diǎn)火和穩(wěn)定火焰的效果。但是當(dāng)飛行馬赫數(shù)不斷增大(M>3)，進(jìn)入燃燒室的氣流馬赫數(shù)隨之提高，燃油噴射入高速氣流中，霧化、蒸發(fā)和摻混時間短，摻混效率低不利于燃燒，同時V型槽和傳統(tǒng)支板的尾緣處所形成的回流區(qū)范圍小，火焰容易被高速氣流吹熄，難以穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為了克服上述問題，針對例如加力燃燒室，尤其是亞燃沖壓燃燒室在低壓、高馬赫數(shù)工況下，點(diǎn)火環(huán)境惡劣及火焰難以穩(wěn)定燃燒的問題，本發(fā)明提供一種新的用于飛行器發(fā)動機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定裝置，以傳統(tǒng)支板火焰穩(wěn)定器為基體，在支板單側(cè)設(shè)計了具有后向臺階結(jié)構(gòu)的凹腔。

本發(fā)明的用于飛行器發(fā)動機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定裝置，包括支板、高壓氣進(jìn)口、值班油路噴油桿、值班油路油氣混合物噴口、值班油路油氣摻混腔、充填供油噴油桿、充填供油油氣混合物噴口、充填供油油氣摻混腔，所述支板1的上表面具有凹腔，所述支板1的下表面不具有凹腔，所述值班油路噴油桿位于所述值班油路油氣摻混腔中，所述值班油路油氣混合物噴口由所述支板的上表面豎直向下貫穿至所述值班油路油氣摻混腔。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述充填供油噴油桿在所述充填供油油氣摻混腔內(nèi)上下排列，每個所述充填供油噴油桿均具有噴油孔，所述充填供油噴油桿的噴油孔正對所述充填供油油氣摻混腔上的所述充填供油油氣混合物噴口，所述充填供油油氣混合物噴口與所述充填供油噴油桿的噴油孔一一對應(yīng)。所述值班油路噴油桿的噴油孔的噴油方向垂直于所述值班油路油氣混合物噴口的噴油方向。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述高壓氣進(jìn)口與所述充填供油油氣摻混腔通過軸向氣體通道連通；所述高壓氣進(jìn)口與所述值班油路油氣摻混腔通過豎向氣體通道連通。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述凹腔具有前壁和后壁；所述前壁為豎直壁，所述后壁為向所述支板的支板尾緣傾斜的傾斜壁。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述前壁在凹腔深度方向上的尺寸約為所述支板的最大厚度的1/3；所述后壁與所述軸向氣體通道的夾角范圍為大于等于30°且小于等于60°；所述凹腔的最大長度與最大深度的比值2:1至3:1。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述支板尾緣為截斷設(shè)計或凹式設(shè)計，優(yōu)選截斷設(shè)計。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述豎向氣體通道的口徑大于所述軸向氣體通道的口徑。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在所述支板的軸向方向上，所述凹腔位于所述充填供油油氣摻混腔與所述高壓氣進(jìn)口之間。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述后壁在豎直方向上的高度與所述前壁的高度的比值大于等于1:2且小于等于2:3，優(yōu)選2:3。

本發(fā)明的有益效果是：

1)針對傳統(tǒng)的鈍體類火焰穩(wěn)定器的后緣回流區(qū)范圍小，穩(wěn)焰范圍窄、高馬赫數(shù)下穩(wěn)焰效果差的缺點(diǎn)，本發(fā)明在傳統(tǒng)支板火焰穩(wěn)定器基礎(chǔ)上，設(shè)計了具有后向臺階結(jié)構(gòu)的凹腔，這種新型結(jié)構(gòu)吸收了凹腔結(jié)構(gòu)的氣動性能好、后向臺階回流區(qū)范圍大和質(zhì)量交換率高等優(yōu)點(diǎn)，并且具有較小的流場阻力。

2)本發(fā)明中對并對凹腔的豎直前壁和傾斜后壁的尺寸進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計。對后向臺階的深度進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計，深度過小則回流區(qū)的范圍小，起不到值班火焰穩(wěn)定燃燒的效果，深度過大一方面會影響到支板的機(jī)械強(qiáng)度及內(nèi)部油路的布置，另一方面也會增加流動阻力。

3)本發(fā)明對凹腔的傾斜后壁的傾斜角度也進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計，角度過大將使凹腔趨于聲學(xué)凹腔結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部產(chǎn)生聲學(xué)振蕩，導(dǎo)致振蕩燃燒，角度過小則凹腔消失，會顯著增大流動阻力。

4)本發(fā)明對凹腔的長深比(最大長度和最大深度之比)進(jìn)行了獨(dú)特設(shè)計，長深比較小則使凹腔結(jié)構(gòu)趨于駐渦，導(dǎo)致主流和回流區(qū)的質(zhì)量交換下降，回流區(qū)的火焰不容易引燃主流。

與現(xiàn)有的V型槽及鈍體火焰穩(wěn)定器等相比，本發(fā)明的新型火焰穩(wěn)定裝置，能夠在不增加流場阻力的限制條件下，改善燃油霧化效果，明顯增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，拓寬火焰穩(wěn)定器的穩(wěn)焰邊界，不但能應(yīng)用于例如傳統(tǒng)的加力燃燒室，而且能應(yīng)用于來流馬赫數(shù)更高的例如采用液體碳?xì)淙剂系膩喨紱_壓燃燒室。

附圖說明

圖1本發(fā)明的火焰穩(wěn)定裝置的二維軸向縱截面示意圖。

圖中符號說明如下：

1支板，2值班油路噴油桿，3高壓氣進(jìn)口，4值班油路油氣混合物噴口，5值班油路油氣摻混腔，6軸向氣體通道，7前壁，8凹腔，9后壁，10充填供油噴油桿，11充填供油油氣混合物噴口，12充填供油油氣摻混腔，13支板尾緣,14噴油孔。

具體實(shí)施方式

下面，將結(jié)合附圖1來描述根據(jù)本發(fā)明的用于飛行器發(fā)動機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定裝置的具體實(shí)施方式。

本發(fā)明的用于飛行器發(fā)動機(jī)燃燒室的火焰穩(wěn)定裝置，包括支板1、高壓氣進(jìn)口3、值班油路噴油桿2、值班油路油氣混合物噴口4、值班油路油氣摻混腔5、充填供油噴油桿10、充填供油油氣混合物噴口11、充填供油油氣摻混腔12，支板1的上表面具有凹腔8，支板1的下表面不具有凹腔，值班油路噴油桿2位于值班油路油氣摻混腔5中，值班油路油氣混合物噴口4由支板1的上表面豎直向下貫穿至值班油路油氣摻混腔5。

充填供油噴油桿10在充填供油油氣摻混腔12內(nèi)上下排列，每個充填供油噴油桿10均具有噴油孔14，充填供油噴油桿10的噴油孔14正對所述充填供油油氣摻混腔12上的充填供油油氣混合物噴口11，充填供油油氣混合物噴口11與充填供油噴油桿10的噴油孔14一一對應(yīng)。值班油路噴油桿2的噴油孔14的噴油方向垂直于值班油路油氣混合物噴口4的噴油方向。

高壓氣進(jìn)口3與充填供油油氣摻混腔12通過軸向氣體通道6連通；高壓氣進(jìn)口3與值班油路油氣摻混腔5通過豎向氣體通道連通。

凹腔8具有前壁7和后壁9，前壁7為豎直壁，后壁9為向支板1的支板尾緣13傾斜的傾斜壁。

前壁7在凹腔深度方向上的尺寸約為支板1的最大厚度的1/3；后壁9與軸向氣體通道6的夾角范圍為大于等于30°且小于等于60°；凹腔8的最大長度與最大深度的比值2:1至3:1。

支板尾緣13為截斷設(shè)計。

豎向氣體通道的口徑大于軸向氣體通道6的口徑。

在支板1的軸向方向上，凹腔8位于充填供油油氣摻混腔12與高壓氣進(jìn)口3之間。

后壁9在豎直方向上的高度與前壁7的高度的比值大于等于1:2且小于等于2:3。

火焰穩(wěn)定裝置工作時，值班燃油從值班油路噴油桿2上的噴油孔14高速噴濺在值班油路的值班油路油氣摻混腔5的內(nèi)壁面上，破碎成小油滴，高壓氣流從高壓氣進(jìn)口3進(jìn)入值班油路油氣摻混腔5對小油滴沖擊剪切，小油滴在氣動力的作用下部分霧化成燃油蒸汽。油氣混合物從值班油路油氣混合物噴口4橫向噴射入主流空氣。橫向噴流在主流的作用下向下游流動，并卷入下游的后向臺階7所形成的回流區(qū)內(nèi)。充填油路類似值班油路，燃油噴入充填供油油氣摻混腔12形成油氣混合物，并從充填供油油氣混合物噴口11噴入后向臺階7的回流區(qū)中(圖1所示虛線部分)，卷入支板后緣13的回流區(qū)中。

后向臺階7增大了回流區(qū)的范圍，增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，值班油路油氣混合物噴口4噴出的燃油混合物部分卷吸到回流區(qū)中，回流區(qū)的低速高溫環(huán)境利于點(diǎn)火，也利于形成穩(wěn)定的值班火焰區(qū)。如果單純采用后向臺階會產(chǎn)生較大的流場阻力，傾斜后壁9解決了這一問題。

本發(fā)明充分發(fā)揮了后向臺階回流區(qū)大、凹腔氣動性能好的優(yōu)勢，增強(qiáng)了高馬赫數(shù)下點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒性能，拓寬了穩(wěn)焰邊界，同時又不會增大流動阻力。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。