[发明专利]一种用于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置

说明书

本发明提供一种用于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置，包括支板、帽罩、值班喷油杆，支板与帽罩连接在一起，形成空腔，值班喷油杆设置于空腔内，支板具有上表面和下表面，下表面具有凹腔，上表面不具有凹腔，支板具有前腔和后腔，前腔位于空腔和后腔之间，前腔用于引入冷却气，后腔中设置有主油路喷油杆，前腔与后腔之间具有连通前腔与后腔的冷却气圆形通道，前腔与空腔之间具有连通前腔与空腔的冷却气圆形通道。本发明通过合理布置值班供油和主油路的供油位置，并利用压力雾化、气动雾化、碰撞雾化等多种方式改善雾化效果，提高了TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的点火性能，并兼顾了宽广范围内的燃烧性能，提高了TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的整体性能。

技术领域

本发明涉及发动机燃烧室的火焰稳定装置。具体地，本发明特别涉及用于TBCC(涡轮基组合循环，Turbine-based combined cycle)亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置。

背景技术

TBCC亚燃冲压发动机的工作起点设在马赫数2.5，与其对应的燃烧室来流总温约486K，压力接近标准大气压，气流马赫数却可达0.28，这对燃烧室的可靠点火及火焰稳定提出了巨大挑战。同时，TBCC亚燃冲压发动机还需要在马赫数范围为2.5～4的宽广范围内实现稳定、高效燃烧，这是燃烧室所面临的另一难题。

传统非流线体的钝体火焰稳定器已难以胜任TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的需求。以V型槽火焰稳定器为例，该稳定器在来流温度250℃，来流速度系数0.2，压力0.11MPa时，油气比0.32时就难以稳定燃烧，显然更无法适应宽广的工作范围。

凹腔支板火焰稳定器是目前一种受到广泛关注的火焰稳定方案。

专利文献CN102200292A提出一种用于燃气涡轮发动机加力燃烧室的火焰稳定装置，即带凹腔的支板火焰稳定器，在翼型支板的基础上，通过支板上的凹腔结构以及尾缘突扩结构形成低速回流区，实现稳焰目的。

专利文献CN104373964A提出了一种喷油系统和凹腔支板火焰稳定装置一体化设计的方案，将喷油杆内置于凹腔支板内部空腔内，减少加力燃烧室的零部件数量，降低流动损失，提高加力燃烧室的整体性能。同时，内置的喷油杆利用流过凹腔支板内的冷却气流进行气动雾化，进一步提高火焰稳定器的组织燃烧能力。

上述两篇专利文献针对的均是未来的加力燃烧室，来流温度相对较高，可到1000K，燃油可以达到较好的雾化、蒸发效果，与空气掺混均匀后，可以实现航空煤油的自燃。但对于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室而言，在工作起点来流温度仅有486K左右，燃油雾化、蒸发受到较大影响，必须通过多种方式加强燃油的雾化、蒸发过程，以保证点火成功概率。同时也必须合理设计燃烧组织方式，保证燃烧室能够有宽广的高效稳定工作范围。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置，满足TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的可靠点火，同时保证在宽广范围内的稳定、高效燃烧。

本发明提出了一种用于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置，该火焰稳定装置包括：支板、帽罩、值班喷油杆，所述支板与所述帽罩连接在一起，形成空腔，所述值班喷油杆设置于所述空腔内，所述支板具有上表面和下表面，所述下表面具有凹腔，所述上表面不具有凹腔。优选的，所述值班喷油杆位于所述空腔的大致中心位置。

根据本发明的优选实施方式，所述支板具有前腔和后腔，所述前腔用于引入冷却气，所述后腔中设置有主油路喷油杆，所述前腔与所述后腔之间具有连通前腔与后腔的冷却气圆形通道，所述前腔与所述空腔之间具有连通前腔与空腔的冷却气圆形通道。优选的，所述凹腔在所述前腔和所述后腔的排列方向上位于所述前腔和所述后腔之间。

根据本发明的优选实施方式，所述帽罩的外表面与所述支板的上表面、下表面之间光滑过渡，所述支板尾缘采用截断设计。