本申請涉及自適應(yīng)變循環(huán)航空發(fā)動機的加力燃燒室，尤其涉及一種帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器。

背景技術(shù)：

1、為了滿足未來飛行器的大飛行包線、長航程、多任務(wù)能力等需求，下一代航空發(fā)動機需要具備實現(xiàn)多種不同熱力循環(huán)的能力，然而傳統(tǒng)單一循環(huán)的渦噴和渦扇發(fā)動機已經(jīng)無法滿足這些復(fù)雜需求，在這一背景下，為滿足多種任務(wù)和環(huán)境特征對航空發(fā)動機提出的性能需求，擁有靈活的可變部件的變循環(huán)發(fā)動機(variable?cycle?engine,vce)應(yīng)運而生，成為了一種極具有吸引力的未來航空發(fā)動機方案。

2、加力燃燒室是航空發(fā)動機中的重要部件，能夠大幅度提高發(fā)動機推質(zhì)比、擴大飛行包線，目前大部分的vce方案采用了加力燃燒室配置。傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動機通常具有固定涵道比的特性，其加力燃燒室的進口條件較為單一，而變循環(huán)發(fā)動機(vce)需在0.2～1.0的寬涵道比范圍內(nèi)(即進口馬赫數(shù)在0.15～0.45的區(qū)間內(nèi))保持穩(wěn)定可靠工作，由此帶來的加力燃燒室外涵道來流參數(shù)的劇烈變化導(dǎo)致傳統(tǒng)的加力燃燒室方案不再適用于vce方案，亟需新的設(shè)計方案滿足寬來流條件下的點火及火焰穩(wěn)定能力。

3、基于上述技術(shù)問題，目前已經(jīng)有研究人員針對加力燃燒室內(nèi)的火焰穩(wěn)定器提出改進方案，例如中國專利cn115451430a公開的一種預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器以及中國專利cn116293793a公開的一種外涵火焰穩(wěn)定器、后涵道可變面積引射器及加力燃燒室，這兩種改進方案均采用了穩(wěn)定器與分流環(huán)耦合、設(shè)置通道引入內(nèi)涵氣的技術(shù)方案，在變循環(huán)發(fā)動機加力燃燒室的工作條件下，這兩種改進方案能夠提高燃油霧化效果、提升油氣混合物溫度，改善點火性能。但是，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)這兩種改進方案仍存在缺陷：一方面，穩(wěn)定器的值班供油直接噴入氣流通道內(nèi)，燃油在穩(wěn)定器內(nèi)停留時間較短，加上低溫來流下進口溫度低于燃油的初餾點，使得燃油蒸發(fā)度很低，穩(wěn)定器僅能實現(xiàn)以油滴為主的兩相燃燒，且油滴會沉積在壁上，提高點火難度，最終表現(xiàn)為火焰穩(wěn)定器的燃燒不穩(wěn)定；另一方面，引入火焰穩(wěn)定器內(nèi)部的內(nèi)涵燃?xì)馔ㄟ^出口通道沿軸向直接噴入尾部回流區(qū)內(nèi)，破壞了回流區(qū)穩(wěn)定性，增大了火焰穩(wěn)定器的熄火概率，難以應(yīng)對vce的極端工作條件。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，能夠增加燃油停留時間，保證燃油霧化效果，改善燃油分布，縮短穩(wěn)定器長度，有效提升穩(wěn)定器后方回流區(qū)穩(wěn)定性及寬度，更加適應(yīng)變循環(huán)發(fā)動機的寬涵道比工作特性。

2、本發(fā)明提供一種帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其包括：

3、進氣環(huán)，設(shè)置于分流環(huán)內(nèi)側(cè)，并與所述分流環(huán)之間形成進氣通道；

4、內(nèi)穩(wěn)定器，設(shè)置在所述進氣環(huán)外側(cè)并向外延伸至所述分流環(huán)的外側(cè)，其包括內(nèi)前壁面和內(nèi)側(cè)壁面；

5、外穩(wěn)定器，設(shè)置于所述分流環(huán)的外側(cè)并向外延伸至所述內(nèi)穩(wěn)定器的外側(cè)，其包括外上壁面、外前壁面和外側(cè)壁面，所述外前壁面與所述內(nèi)前壁面之間形成上升通道，所述外上壁面與所述內(nèi)穩(wěn)定器的頂部之間形成上出口通道，所述外側(cè)壁面與所述內(nèi)側(cè)壁面之間形成兩側(cè)出口通道，所述上出口通道和所述兩側(cè)出口通道通過所述上升通道與所述進氣通道連通；

6、蒸發(fā)管，設(shè)置在所述進氣環(huán)和所述外上壁面之間，并位于所述內(nèi)穩(wěn)定器的后方，所述蒸發(fā)管在其管壁上設(shè)有引氣孔和排氣孔；

7、引氣管，其后端設(shè)置在所述蒸發(fā)管上并與所述引氣孔連通，其前端伸入至所述上升通道內(nèi)部；以及

8、噴油桿，設(shè)置于所述分流環(huán)的外側(cè)，伸入所述外穩(wěn)定器的內(nèi)部向所述引氣管的前端噴油。

9、優(yōu)選地，所述內(nèi)側(cè)壁面與所述外側(cè)壁面相互平行，并且在垂直于徑向的截面上，所述外穩(wěn)定器的兩個所述外側(cè)壁面之間的間距沿軸向向后逐漸擴大，所述外側(cè)壁面與軸向間的夾角為12°～20°。

10、優(yōu)選地，所述外穩(wěn)定器尾緣寬度大于40mm。

11、優(yōu)選地，所述內(nèi)前壁面與所述外前壁面相互平行，并且在垂直于周向的截面上，所述內(nèi)前壁面和所述外前壁面相對于軸向傾斜向外設(shè)置。

12、優(yōu)選地，所述上出口通道和所述兩側(cè)出口通道的軸向投影面積之和大于所述進氣通道的軸向投影面積。

13、優(yōu)選地，所述引氣孔設(shè)置在所述蒸發(fā)管的軸向前側(cè)，所述排氣孔設(shè)置在所述蒸發(fā)管的周向兩側(cè)。

14、優(yōu)選地，多個所述排氣孔在所述蒸發(fā)管的長度上均勻分布，相鄰的所述排氣孔之間的孔距為4mm～6mm，并且多個所述排氣孔的總面積為所述引氣孔面積的1～2.5倍。

15、優(yōu)選地，所述引氣管的前端開孔朝向于內(nèi)前方，所述噴油桿上開設(shè)有噴油孔，所述噴油孔的直徑為0.4mm到1mm，所述噴油孔的開孔方向與軸向夾角40°～50°并正對所述引氣管的前端開孔。

16、優(yōu)選地，所述內(nèi)穩(wěn)定器的尾緣與所述外穩(wěn)定器的尾緣的軸向間距為10mm～25mm。

17、優(yōu)選地，所述外穩(wěn)定器的徑向尺寸為所述進氣環(huán)與所述分流環(huán)之間徑向距離的2到4倍。

18、基于上述實施方案，本發(fā)明通過將內(nèi)涵高溫燃?xì)馀c燃油引入蒸發(fā)管內(nèi)進行蒸發(fā)霧化，提升燃油停留時間，改進燃油霧化程度，提升穩(wěn)定器貧油點火成功率；并且由于燃油在蒸發(fā)管內(nèi)霧化無需較長的進氣環(huán)來保證燃油霧化時間，本發(fā)明可以縮短現(xiàn)有進氣環(huán)長度，減輕穩(wěn)定器重量，提升發(fā)動機工作性能。本發(fā)明還通過調(diào)整內(nèi)外穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)，控制穩(wěn)定器壁面與軸向方向夾角，從而拓寬穩(wěn)定器尾部回流區(qū)尺寸及穩(wěn)定性，提升了穩(wěn)定器在寬馬赫數(shù)工作范圍下的穩(wěn)定工作能力，并且能夠減小穩(wěn)定器前端堵塞面積、避免了外涵氣流通道面積突縮，從而能夠降低由所設(shè)置穩(wěn)定器所引起的流動損失。因此，本發(fā)明在蒸發(fā)管后與內(nèi)穩(wěn)定器后方，能夠形成受內(nèi)外涵來流馬赫數(shù)干擾較小的回流區(qū)，回流區(qū)體積基本不隨內(nèi)外涵來流馬赫數(shù)改變而改變，燃油由排氣孔噴出，較為均勻地分布于回流區(qū)內(nèi)，且在蒸發(fā)管后方形成局部的高濃度燃油分布區(qū)，有利于極端條件下值班點火成功，能夠保證穩(wěn)定器在變循環(huán)發(fā)動機寬外涵參數(shù)變化范圍下的穩(wěn)定點火能力。

技術(shù)特征：

1.一種帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)壁面(3b)與所述外側(cè)壁面(6c)相互平行，并且在垂直于徑向的截面上，所述外穩(wěn)定器(6)的兩個所述外側(cè)壁面(6c)之間的間距沿軸向向后逐漸擴大，所述外側(cè)壁面(6c)與軸向間的夾角為12°～20°。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述外穩(wěn)定器(6)尾緣寬度大于40mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述內(nèi)前壁面(3a)與所述外前壁面(6a)相互平行，并且在垂直于周向的截面上，所述內(nèi)前壁面(3a)和所述外前壁面(6a)相對于軸向傾斜向外設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述上出口通道和所述兩側(cè)出口通道的軸向投影面積之和大于所述進氣通道的軸向投影面積。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述引氣孔(4c)設(shè)置在所述蒸發(fā)管(4)的軸向前側(cè)，所述排氣孔(4b)設(shè)置在所述蒸發(fā)管(4)的周向兩側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，多個所述排氣孔(4b)在所述蒸發(fā)管(4)的長度上均勻分布，相鄰的所述排氣孔(4b)之間的孔距為4mm～6mm，并且多個所述排氣孔(4b)的總面積為所述引氣孔(4c)面積的1～2.5倍。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述引氣管(5)的前端開孔朝向于內(nèi)前方，所述噴油桿(7)上開設(shè)有噴油孔(7a)，所述噴油孔(7a)的直徑為0.4mm到1mm，所述噴油孔(7a)的開孔方向與軸向夾角40°～50°并正對所述引氣管(5)的前端開孔。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述內(nèi)穩(wěn)定器(3)的尾緣與所述外穩(wěn)定器(6)的尾緣的軸向間距為10mm～25mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，其特征在于，所述外穩(wěn)定器(6)的徑向尺寸為所述進氣環(huán)(2)與所述分流環(huán)(1)之間徑向距離的2到4倍。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種帶蒸發(fā)管的預(yù)混預(yù)蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器，在穩(wěn)定器上增加了蒸發(fā)管與引氣管，利用進氣環(huán)與分流環(huán)形成進氣通道，引入高溫燃?xì)猓粌?nèi)穩(wěn)定器與外穩(wěn)定器之間形成出口通道，將高溫燃?xì)庖胪夂?，?gòu)建局部高溫區(qū)；噴油桿供給燃油，燃油在蒸發(fā)管中快速蒸發(fā)并從蒸發(fā)管排氣孔均勻噴出，進入到穩(wěn)定器尾部的回流區(qū)中進行燃燒。本發(fā)明能夠在穩(wěn)定器尾部回流區(qū)完成內(nèi)外涵氣流摻混與局部高溫區(qū)構(gòu)建、保證燃油的高蒸發(fā)度及均勻分布。由此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)變循環(huán)發(fā)動機多模態(tài)工作下寬工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定燃燒與高成功率點火。

技術(shù)研發(fā)人員：劉玉英,杜明選,劉廣海
受保護的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15