[发明专利]蒸发管燃烧室快速启动结构、方法、小型航空发动机

说明书

本发明涉及一种蒸发管燃烧室快速启动结构及方法，适用于小型航空涡轮发动机，包括低压喷雾雾化燃油总管、直射式燃油总管和蒸发管燃烧室。在燃烧室启动时首先采用低压喷雾雾化燃油总管供油并点火燃烧；燃烧室在低负荷且燃烧稳定时打开直射式燃油总管，同低压喷雾雾化燃油总管共同供油燃烧；当直射式燃油总管供油压力和燃烧稳定时，关闭低压喷雾雾化燃油总管，采用直射式燃油总管单独供油，并逐渐提高燃烧室负荷，使其工作到设计状态。以上燃烧室从点火到设计状态在3～5秒内完成，实现航空涡轮发动机快速启动。本发明解决了蒸发管燃烧室的直射式燃油总管燃油雾化质量差所导致的点火困难且点火时间长等问题。

技术领域

本发明属于一种具有燃烧特征的技术领域，尤其是快速启动需求的小型航空涡轮发动机燃烧室技术领域，具体涉及一种蒸发管燃烧室快速启动结构及方法。

背景技术

目前，采用蒸发管燃烧技术的航空涡轮发动机已得到广泛应用。如荷兰AMT、英国Rolls-Royce、Artesjet、Turbomeca等都有一系列的产品。小型航空涡轮发动机一般压气机压比低，燃料油泵能力有限，供油压力低，因此这些航空涡轮发动机所采用的蒸发管燃烧室通常采用气体燃料点火、无雾化低压燃油火炬点火或1～2个压力雾化喷嘴点火等三种点火启动方法。

现有燃气点火方式的蒸发管燃烧室结构，如图1所示，蒸发管燃烧室头部布置有点火用燃气总管和燃油总管。由于气体燃料无需雾化即可点燃，因此点火用燃气总管采用多直射式喷嘴设计方案，可使点火时气体燃料充足，燃烧火焰能量大，可有效加热蒸发管燃烧室，保证无雾化的燃油在蒸发管内能有效受热蒸发，促使燃油燃烧，完成航空涡轮发动机点火。该方案由于采用了燃气总管，需配备燃气相关储存管、阀门等较多额外设备，附带尺寸重量巨大，因此不适合随航空涡轮发动机装配到飞行器中。

由于气体燃料点火技术所需管路及附件系统复杂，已逐渐被燃油点火方式代替。如图2所示，现有无雾化低压燃油火炬点火或1～2个压力雾化喷嘴点火的蒸发管燃烧室结构，蒸发管燃烧室头部的蒸发管加热区布置有少量的燃油点火火炬，点火火炬的常见方案是无雾化低压燃油火炬或1～2个压力雾化喷嘴点火火炬，点火火炬采用同蒸发管燃烧室一样的燃油燃料，省去了燃气燃料的附属设备，简化了附件设备尺寸重量。无雾化低压燃油火炬点火方式结构简单，一般采用单点火炬进行蒸发管燃烧室预热点火，该单点火炬能量小，火炬覆盖空间有限，蒸发管燃烧室预热时间长，低温条件下点火预热时间更长。1～2个压力雾化喷嘴点火启动的蒸发管燃烧室通常被用于较大功率/推力的航空涡轮发动机中，该方式需要较高的燃油雾化压力，且雾化喷嘴数量少，燃烧火焰能量小，所覆盖燃烧室区域小，点火预热时间长且燃烧室出口温度增加幅度小，该油路单独工作时涡轮做功能力有限，不能有效提高航空涡轮发动机转速，启动速度慢。由于现有无雾化低压燃油火炬点火或1～2个压力雾化喷嘴点火的蒸发管燃烧室结构，采用的燃油点火火炬数量少，燃烧能量有限，在短时间内不能有效加热整个蒸发管燃烧室，为有效点燃整个燃油总管喷出的燃料，需增加蒸发管燃烧室的预热时间，且蒸发管燃烧室越大，预热时间越长，因此达不到快速启动的需求。另外，由于燃油点火火炬数量少，燃油流量小，蒸发管燃烧室出口平均温度上升不明显，不能供给涡轮做功所需的能量，航空涡轮发动机的转动部件启动缓慢，也达不到快速启动的需求。

而航空涡轮发动机的快速启动技术，主要用于空间尺寸小、结构简单的小型飞行器中，要求启动时间短(3～5秒内完成启动)、转速上升快、且附件系统简单。纵观以上三种点火启动方法，均不能满足航空涡轮发动机快速启动的需求。

发明内容

为克服现有蒸发管燃烧室技术中燃油雾化压力低、燃烧室点火启动预热时间长等缺点和不足，本发明的目的在于提供一种蒸发管燃烧室快速启动结构，适用于快速启动需求的带蒸发管燃烧室的小型航空涡轮发动机中，采用两路燃油总管，一路用于点火启动的低压喷雾雾化燃油总管，另一路用于航空涡轮发动机主供油的直射式燃油总管，两路燃油总管采用独立控制，实现独立供油，可满足蒸发管燃烧室供油压力低的条件，也可实现蒸发管燃烧室快速点火和负荷切换的需求，利用两路燃油总管共同作用，实现航空涡轮发动机快速启动。