[发明专利]一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器

说明书

本发明提供了一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，用于在高速飞行器燃烧室内稳焰，所述稳焰器包括外壳、沿周向在外壳内均布的V型槽和径向分布在所述V型槽内的旋流器，其中，所述V型槽在所述旋流器安装处断开。本发明的带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，通过旋流器在流场中产生驻涡，提供近贫熄工况下火焰稳定的驻定点，有效地拓展了燃烧室稳定运行的边界。

技术领域

本发明涉及燃烧领域，具体涉及一种应用于高速飞行器燃烧室的带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器。

背景技术

燃烧稳定性是评价航空发动机加力燃烧室可靠性的重要依据。燃烧装置中的火焰稳定主要是依靠旋流或者钝体绕流在稳焰器下游创造回流区来实现。回流区使火焰稳定的原理有多种。基于速度匹配的观点认为，回流区中的回流与来流之间会存在一个速度逐渐变化的过渡区，在这个区域内存在能够与火焰传播速度相匹配的火焰稳定区；基于能量匹配的观点认为，回流区内发生来流混气的吸热和高温燃烧产物放热，当燃烧放热的能量足以达到新鲜混气达到着火点所需要的吸热量时，燃烧能够维持稳定；基于时间匹配观点的回流区点火模型则认为，高温的燃烧产物充当新鲜来流混气的点火源，回流使高温燃烧产物向上游传播，使其与新鲜混气接触，当接触时间充足，能够持续点燃来流混气时，燃烧维持稳定。依据上述观点可以推断，不管从何种角度分析，在稳焰器下游的回流区是使火焰能够在燃烧室中稳定的必要条件。

旋流稳燃和钝体稳燃是产生回流区的比较流行的两种方法。V形槽稳焰器由于结构简单、工艺性好被广泛用于加力燃烧室中，然而在近贫熄工况下，由于斜压力涡和热膨胀作用减弱，钝体下游的回流区会变得不稳定，由于卡门涡脱落而使绕流钝体的气体尾迹产生大幅度摆动，导致熄火。相比钝体稳燃，旋流稳燃方法能够产生更为紧凑的燃烧组织结构，稳燃边界更宽。在旋流稳燃过程中，通过旋流通道的空气获得周向动量，首先在稳焰器下游产生漩涡，漩涡中心压力很低，与下游形成逆压梯度，迫使部分气体从下游向漩涡中心流动，从而产生回流区。但是，旋流漩涡的产生需要在四周封闭的受限空间内，对于内部空间较大的燃烧室而言，当旋流器尺寸较小时可以将燃烧室近似为一个非受限空间，因此难以在稳焰器下游产生漩涡，无法形成回流所必需的低压中心。

因此，需提供一种稳焰器，以便能同时解决V形槽稳焰器产生的回流区结构在近贫熄状态下不稳定以及传统旋流稳焰器无法在非受限空间内形成漩涡的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，提供了一种可以自产生受限空间的旋流器，与V型槽相配合安装在加力燃烧室或冲压燃烧室内，在流场中产生稳定的驻涡结构，拓展燃烧室的稳燃边界。

为了实现上述目的，本发明提供了一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，用于在高速飞行器燃烧室内稳焰，所述稳焰器包括外壳、沿周向在外壳内均布的V型槽和径向分布在所述V型槽内的旋流器，其中，所述V型槽在所述旋流器安装处断开。

本发明所提供的一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，还具有这样的特征，所述V型槽通过安装环安装在所述外壳内，所述安装环的外径为0.3～0.5倍燃烧室最大内直径。

本发明所提供的一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，还具有这样的特征，所述V型槽的数量为6～12，V型槽的侧壁厚度为2mm～4mm，宽度为40mm-60mm，所述V型槽的两侧壁夹角为20°-40°，所述V型槽和燃烧室中心轴夹角为90°。

本发明所提供的一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，还具有这样的特征，所述V型槽顶角设倒圆，倒圆半径小于等于3倍的V型槽侧壁厚度。

本发明所提供的一种带有旋流驻涡结构的钝体稳焰器，还具有这样的特征，所述V型槽内设有多个旋流器，所述旋流器包括与所述V型槽连接的旋流器壳体、设置于所述旋流器壳体内的旋流器中心锥和安装在所述旋流器中心锥上的轴流式旋流叶片。