[发明专利]一种燃油切向入射成膜的贫油直喷空气雾化喷嘴

说明书

本发明公开了一种燃油切向入射成膜的贫油直喷空气雾化喷嘴，采用了结构与气动相结合的方式辅助切向入射的燃油成膜。由直射式燃油喷嘴、预膜管切向入口、导流板、预膜管、中心管、轴向旋流器和套筒构成。燃油从预膜管切向入口入射，在预膜管内部展成均匀油膜后从出口喷出。空气可以随着燃油从预膜管切向入口入射，也可以从中心管和轴向旋流器中通过。预膜管切向入口处设计了导流板，既可以促进燃油向下游的输运，同时也加强了空气的旋转流动，辅助燃油展开成膜。在中心管壁面上开有斜孔，喷射的斜向空气用于维持下游燃油的高速旋转。利用本发明，可以实现切向入射的燃油均匀快速成膜，并在出口处实现燃油快速均匀雾化，还可以防止燃烧时出现回火现象。

技术领域

本发明涉及一种贫油直喷(LDI)空气雾化喷嘴，特别是涉及一种燃油切向入射成膜的贫油直喷(LDI)空气雾化喷嘴。

背景技术

为了提升飞机的机动性能，军用航空发动机的推重比不断增加。随着发动机对推重比的要求越来越高，各国都加紧了高温升燃烧室的研究。美国已经实现的燃烧室油气比为0.046，并且计划2020年以后会达到0.05，在2030年以后会超过0.06。现阶段高温升燃烧室的发展面临着很多挑战。首先，尽管高温升燃烧室在高功率状态下要以很高的油气比工作，但是它还必须保证在低工况下能够稳定的工作，这是一个基本的要求，即拓宽稳定工作范围的要求。其次，尽管军用发动机排气污染不受到ICAO排放的限制，但是从环境角度来说，也需要尽可能降低排放。更重要的是，作为军用发动机必须减少排气冒烟和NO₂的排放。减少排气冒烟是从对远红外的触发提出的。因为排气冒烟意味着有很多炽热的细微碳粒子，很多空空导弹都装有远红外制导装置，这些炽热碳粒子会触发远红外，使飞机容易被导弹锁定。高温升军用发动机上限制NO₂的排放主要因为它是棕黄色气体。当排气中NO₂的浓度超过45ppm时，可以观察到棕黄色的排气柱，这对于飞机的隐身是非常不利的。此外，高温升燃烧室必须大幅度降低出口的温度分布系数，这样才能保证涡轮在极高温度的恶劣环境下仍然能够正常工作。需要注意的是，高温升燃烧室对于不可见冒烟与慢车贫油熄火的要求是矛盾的。为了防止到达可见冒烟边界，高温升燃烧室在提高燃烧室总油气比的同时，必须改变其空气流量分配，增加主燃区的空气量以降低主燃区的平均当量比。但是这会导致贫油熄火油气比的增加，使发动机在慢车状态下容易熄火。而且减少了掺混空气和火焰筒冷却空气的比例，这就对火焰筒的耐久性提出了很高的要求。以目前的燃烧室结构很难有效解决上述问题。

本发明涉及的燃油切向入射成膜的LDI空气雾化喷嘴是应用于一款分布式贫油直喷燃烧室的主燃级喷嘴。该燃烧室的技术特点有两个，一是每个扇形头部都设计了1个预燃级与9个主燃级，其采用多个小型主燃级喷嘴阵列式排布的形式取代了传统的大喷嘴结构，将燃油分布到每个小喷嘴后再喷射到燃烧室中；二是采用了LDI燃烧技术，直接将燃油与空气直接喷射到燃烧室中进行燃烧。该燃烧室的技术特点与高温升燃烧室的需求相一致。采用灵活的喷嘴分级，可以实现不同的稳定工况，拓宽燃烧室的稳定工作范围；使用多个喷嘴使燃油在空间上的分布更加均匀，避免了局部富油区的出现，减少了碳烟的生成量；将燃料以贫油状态入射到燃烧室，降低了主燃区的温度，减少了NOx的排放；通过对喷嘴位置的调整可以对燃烧室出口温度分布进行有效的调节，提高其均匀性；单个喷嘴的供油减少，有望从整体上缩短燃烧室的长度，减小了冷却空气的需求量。

本发明涉及的燃油切向入射成膜的LDI空气雾化喷嘴是分布式贫油直喷燃烧室最关键的部件。对于LDI空气雾化喷嘴，能否实现燃油的快速、均匀雾化是关键性的技术难题。因此，本发明针对上述需求，设计了新型LDI空气雾化喷嘴。

发明内容