[发明专利]一种预燃式航空发动机等离子体点火器

说明书

本发明公开了一种预燃式航空发动机等离子体点火器，包括外管、陶瓷管燃料通道、阴极部、阳极、绝缘套、衬套和顶盖，阴极部套装在陶瓷管燃料通道中下部，陶瓷管燃料通道前端设有喷嘴，绝缘套套装在阴极部中上部，绝缘套设置在外管内，外管下部外壁开有进气孔，阳极设置在进气孔下方，阳极上部位于外管内且与外管螺纹连接，阳极为中空回转体；阴极部包括阴极座和阴极，阴极上部与阴极座下部螺纹连接，阳极内壁中部设有螺旋槽；衬套下端与阴极座上端固定连接，顶盖套装在衬套外，顶盖下部与外管上端固定连接。本发明通过在阴极部内加装陶瓷管燃料通道使反应发生在阳极外面从而保护了电极，也增加了安全性，并且很好的解决了绝缘的问题。

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体是涉及一种预燃式航空发动机等离子体点火器。

背景技术

燃烧室是航空发动机的一个核心部件，连续的、高速气流在其中进行燃烧。在这样的高速流动的气流中燃烧火焰很容易被吹灭，所以，在发动机启动中，实现燃烧室可靠点火至关重要。点火的成功率直接关系到整个动力装置的安全可靠运行，这对点火装置的性能提出了较高要求。目前，航空涡轮发动机主燃烧室的点火装置使用的点火方式为电嘴点火；加力燃烧室的点火装置使用的点火方式主要有电嘴点火、预燃室点火、热射流点火和催化点火，各种点火方式都存在一定的局限性。

主燃烧室和加力燃烧室的点火装置主要存在的问题为：(1)电嘴点火是用高能电嘴产生电火花点火，点火核心区面积较小，能够点燃的区域有限；尤其是发动机在高空工作时，空中点火包线小，点火成功率低，不利于高空二次点火；(2)电嘴点火形成的点火核心区离火焰筒壁面近，火团无法深入燃烧室中心回流区，点火效果有限；(3)电嘴点火对混合气的雾化条件要求苛刻，点火效率和燃烧效率受液雾状态影响较大；(4)在高空点火时，需要高空补氧装置才能实现电火花点火，增加了结构的复杂性和重量；(5)预燃室点火方式中预燃室占据空间大，重量大，影响了发动机的减重设计；(6)热射流点火时，“火舌”穿过涡轮时温度很高，对涡轮的热强度和性能提出了要求。

由此看来，目前在航空发动机上常见的点火方式存在诸多缺点，制约了航空发动机性能的进一步提升。因此，设计一种结构简单、点火可靠、点火效率高的点火器对于先进航空发动机而言十分重要。

近年来，等离子体点火技术是航空技术领域中的一项新课题，从问世以来就以其独有的点火功能和独具的优点跻身于先进的点火技术行列。等离子体是物质存在的第四态，是由部分电子被剥夺后的带电正离子、负离子、自由基和各种活性基团组成的集合体，也被称为“电浆体”。等离子体点火是利用气体放电形成局部高温区域，并激发大量活性粒子，实现快速点燃可燃混合气或者强化燃烧进程的一种燃烧方式。

在等离子体点火研究领域，等离子体射流点火是其中的一个重要研究方向，利用等离子体射流点火主要有这些优点：(1)由于等离子流高温核团是以高速射流方式喷射而出的，所以有利于点火介质内的定向移动，射流的扩散有利于火焰面的拓展，从而能够实现大范围点火；(2)等离子体射流点火能够缩短点火延迟时间；(3)等离子体射流点火能够拓宽点火边界。

在专利号为201410568885的中国发明专利中，公开了一种拉长电弧等离子体射流点火器，但该发明专利中存在以下几个比较严重的问题：(1)该点火器点火时电弧集中于阴极尖端某处，由于电弧温度极高，所以很容易烧蚀阴极；(2)该点火器没有很好的解决燃料通道的绝缘问题，燃料通用性差。

在现有的研究中公开了一种预燃室等离子体射流点火器，但是其存在以下几个比较严重的问题：(1)该预燃室等离子体射流点火器发生反应在阳极附近，采用阳极侧进燃料方式，该类型点火器使电极附近温度大幅升高，从而很容易损坏电极，使点火器使用寿命变短，不利于实际当中的应用，也增加了发生安全问题的概率；(2)该点火器结构较为复杂，燃料入口位于前端不便于插入到各种腔室中，不便于实际过程中的应用；(3)该点火器钨针前端较尖锐，点火时电弧集中于阴极尖端某处，由于电弧温度极高，所以容易烧蚀阴极；(4)该点火器没有很好的解决燃料通道的绝缘问题，燃料通用性差。

发明内容