[发明专利]带有周期变化出口结构的燃烧室多级旋流喷嘴

说明书

本公开提供了一种燃烧室多级旋流喷嘴，其包括内部设置有中心燃料通道的中心燃料喷嘴，设置在中心燃料喷嘴外部的套筒单元和设置在套筒单元与中心燃料喷嘴形成的气流通道中的旋流单元。其中，套筒单元的出口端沿周缘方向具有周期性变化的形状。

技术领域

本公开涉及一种燃烧室多级旋流喷嘴。

背景技术

航空发动机污染排放来源于航空发动机燃烧室中液态燃料燃烧所产生的气体污染物和固体微粒，其对空气质量和全球气候的改变会产生不利影响。航空发动机的主要污染排放物包括一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、水蒸气(H₂O)、未燃碳氢(UHC)、氮氧化物(NO_x)、硫化物(SO_X)和冒烟成分(Smoke)。它们的主要危害包含：引起温室效应、影响人体健康、破坏臭氧层和产生光化学烟雾等。随着航空业的迅速发展，航空发动机在地面和空中向大气排放的污染物总量在不断增加，各国对飞机发动机燃烧室排放和燃烧效率的要求越来越严格。

为减轻航空发动机对大气环境产生的破坏，使其满足环保要求，国际民航组织(ICAO)对航空发动机工作周期内的污染排放制定了严格的规范标准。同时，民用航空发动机投入使用前还必须满足各国自行规定的强制性适航规定。目前国际件航行采用的民用航空发动机执行的是国际民航组织附件16第II卷《航空发动机的排出物》的CEAP/8标准，从2014年1月1日起已开始实施。为满足排放要求并竞争得到更大的市场份额，飞机制造商对航空发动机提出的排放指标要更高，一般为当前标准的50％甚至更少。因此，采用低污染燃烧技术，降低航空发动机燃烧室的排放物总量，成为先进航空发动机技术的一个主要发展方向。

为减少排放物而采用的低污染燃烧技术，通过更好的燃油空气混合和更充分的燃烧状态来降低NO_x、CO、UHC和Smoke的直接生成量。同时，燃烧效率的提高，能够增大航空发动机的循环效率，进而产生更大的推力，从而减少燃油的使用，间接降低了CO₂和H₂O的生成量。目前的主流低污染燃烧技术，主要采用分级分区燃烧组织技术，具体可分为贫油燃烧低污染技术和富油燃烧低污染技术。而不论是采用富油或者贫油燃烧技术，对于航空发动机燃烧室来说，都必须通过实现燃油与空气的良好混合来保证高效清洁燃烧的进行。燃油与空气的混合、稳定而高效的燃烧状态，都是通过航空发动机的燃烧室喷嘴保证。

因此，需要提供一种能够降低污染的燃烧室喷嘴。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开的燃烧室多级旋流喷嘴包括内部设置有中心燃料通道的中心燃料喷嘴，设置在中心燃料喷嘴外部的套筒单元和设置在套筒单元与中心燃料喷嘴形成的气流通道中的旋流单元，其中，套筒单元的出口端沿周缘方向具有周期性变化的形状。

根据本公开的至少一个实施方式，套筒单元包括第一套筒，第一套筒设置成使得通过第一套筒的内壁面与中心燃料喷嘴的外壁面限定的第一通道与中心燃料通道同轴，并且第一套筒的出口端沿周缘方向具有周期性变化的形状，以及旋流单元包括第一旋流装置，第一旋流装置设置在第一通道中。

根据本公开的另一个实施方式，第一套筒中还设置有外围燃料通道，外围燃料通道用于传输外围燃料，以及第一套筒的外壁面上设置有外围燃料喷射孔，外围燃料喷射孔与外围燃料通道相连通。

根据本公开的又一个实施方式，套筒单元还包括第二套筒，第二套筒设置成使得通过第二套筒的内壁面与第一套筒的外壁面限定的第二通道与中心燃料通道同轴，并且第二套筒的出口端沿周缘方向具有周期性变化的形状，旋流单元还包括第二旋流装置，第二旋流装置设置在第二通道中，以及外围燃料喷射孔配置为使得通过外围燃料通道传输的外围燃料能够喷射至第二套筒的内壁面。