[发明专利]一种燃烧室火焰稳定结构

说明书

本发明涉及一种燃烧室火焰稳定结构及包含该结构的燃烧室，包括设置在火焰筒内的截锥体以及多个沿周向均匀布置在截锥体外围的V型径向火焰稳定器，截锥体和V型径向火焰稳定器均为空心结构且均设有喷油孔，V型径向火焰稳定器的顶端将低温空气引入到V型径向火焰稳定器和截锥体中并分别对这些部件进行冷却，通过上述结构设置，本发明采用大尺寸截锥体形成的低速回流区来增强火焰稳定性，采用小槽宽的V型径向火焰稳定器来传播火焰并降低气流损失，火焰的稳定及传播功能分离，燃油喷射装置与稳定器一体化设计可进一步降低流动损失。本发明可广泛应用于宽速域高推重比涡轮喷气发动机加力燃烧室、冲压发动机燃烧室及涡轮基组合循环发动机超级燃烧室中。

技术领域

本发明涉及动力装置燃烧领域，涉及一种燃烧室火焰稳定结构，是一种加强火焰稳定性、降低流动损失的燃烧组织结构装置，具体地说涉及一种应用在宽速域、高推重比涡轮喷气发动机加力燃烧室的燃烧组织结构。

背景技术

在高速流动条件下，燃烧室内必须要采用专门装置来稳定火焰。火焰稳定装置设计的要点是构造低速的流动区域以点燃可燃混合物。在涡轮喷气发动机主燃烧室中气流速度为30～60米/秒，通常采用旋流结构来稳定火焰，在加力燃烧室中，气流速度高达120～180米/秒，远高于主燃烧室，通常采用扩压器减速，并设置钝体结构的火焰稳定器来减小流动损失并稳定火焰。火焰稳定器的作用是稳定和传播火焰。火焰稳定器的稳定性与来流状态及稳定器的槽宽密切相关。来流速度越高，温度及压力越低，则稳定火焰所需要的槽宽尺寸越大。槽宽越大，低速流动区域越大，则火焰稳定性越好。但是在相同的流动损失下，槽宽越大，则稳定器数量越少，稳定器之间的间距越大，这将导致火焰的联焰性能及燃烧效率降低，燃烧室长度增大。此外，在稳定器上游设置燃料喷射结构也将带来额外的气动损失，燃烧室长度随燃油与空气的掺混距离增大而增大。常规加力燃烧室及冲压发动机燃烧室中火焰稳定器的槽宽为40mm左右，燃烧室长度达到2倍燃烧室直径，而燃烧效率不超过0.95。在高速气流中燃烧组织的重点是在满足火焰稳定性的条件下同时满足压力损失及燃烧效率的要求。其中减小稳定器的槽宽以及稳定器与燃油喷射结构一体化设计是重要研究内容。

新一代高推重比发动机加力燃烧室的进口速度和温度更高，为防止燃料在稳定器前自燃，需要减小燃油在稳定器前与高温燃气掺混的时间和距离。同时在高速来流条件下由于燃油的穿透距离缩短，为满足燃油分布要求，则需要缩短喷油孔的间距，从而需要设置更多的喷油结构。传统加力燃烧室所采用的大槽宽稳定器结构及燃油在稳定器前喷射掺混的结构方案难以满足新一代加力燃烧室对于流动阻力及燃烧效率的要求。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的是提供一种强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构及包含该结构的燃烧室，通过采用截锥突扩结构以提高烧室在高速来流条件下的火焰稳定性，通过采用小槽宽的V型径向火焰稳定器来传播火焰以降低气流损失，火焰的稳定及传播功能分离，从而满足高速气流中稳定火焰和降低流动损失的要求。同时截锥体和V型径向稳定器上均设置喷油孔，使燃油喷射装置与燃烧组织结构一体化设计，从而进一步降低流动损失。本发明中的燃油在钝体前端壁的喷气孔后与空气掺混进入截锥体后内，形成低速可燃区域。V型径向稳定器喷射的燃烧与空气在稳定器尾缘掺混，然后被高温燃气引燃。本发明的强化火焰稳定与降低损失的燃烧室火焰稳定结构可用于宽速域、高推重比涡轮喷气发动机加力燃烧室、冲压发动机燃烧室及涡轮基组合循环发动机超级燃烧室中。

为实现上述技术目的，本发明的强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构主要通过以下技术方案实现：

一种强化火焰稳定与降低流动损失的燃烧室火焰稳定结构，包括一设置在火焰筒内的截锥体以及多个沿周向均匀布置在所述截锥体外围的V型径向火焰稳定器，所述火焰筒同轴布置在燃烧室内，其特征在于，