[发明专利]一种航空发动机燃烧室头部DBD等离子体叶片式轴向旋流器

说明书

本发明公开了一种航空发动机燃烧室头部DBD等离子体叶片式轴向旋流器，包括内环接地电极、外环高压电极、旋流器主体件、导线；旋流器主体件为回转体结构，通过DLP光固化3D陶瓷打印一体成型；外环高压电极粘贴于外环绝缘阻挡介质层的外表面，内环接地电极粘贴于内环绝缘阻挡介质层的内表面；外环绝缘阻挡介质层与内环绝缘阻挡介质层之间为旋流器叶片；导线一端焊接在外环高压电极的外侧面，另一端连接等离子体电源输出的高压端接线柱。通过在航空发动机燃烧室头部安装本发明，可在不影响燃烧室头部原有气流通道结构的情况下，在旋流器叶片的气流通道位置生成高浓度的活性粒子，从而达到强化燃烧室燃烧、扩大点熄火边界和提高燃烧效率的目的。

技术领域

本发明涉及航空发动机领域的新型强化燃烧技术，具体是一种航空发动机燃烧室头部介质阻挡放电等离子体叶片式轴向旋流器，所述介质阻挡放电简称DBD。

背景技术

随着飞机、无人机等飞行高度的升高，在高空、小表速等恶劣条件下，航空发动机将面临燃烧不稳定、熄火边界变窄、燃烧效率变低等问题。为保证航空发动机燃烧室稳定工作，目前，大多数研究试图通过燃烧室的局部结构来改善燃烧过程，如采用多环腔火焰筒结构、设计新型燃油喷嘴和多级旋流头部等。通过改变结构，来扩宽燃烧室的燃烧稳定范围，有助于获得具有更高的可靠性的航空发动机。随着航空发动机技术的发展，发动机燃烧室的结构变得越来越复杂。等离子体助燃作为一种新型强化燃烧技术，用于航空发动机燃烧室的燃烧性能，具有很大的前景，受到许多研究者的关注，这一技术为改善航空发动机燃烧室性能提供了新的可能方式。介质阻挡放电作为等离子体产生的一种形式，由于具有能产生均匀、大体积等离子体的优点，目前已经有许多辅助燃烧的应用场景。由于受传统机械加工、数控加工、材料工艺的限制，介质阻挡放电等离子体助燃方式在航空发动机中应用难度仍然较大。

在航空发动机燃烧室中，位于头部的旋流器是一个十分重要的部件。其性能将直接全面影响燃烧室的综合性能。旋流器在火焰筒头部产生高速旋转射流，形成低压区，从而造成热回流区，保证燃烧室火焰的稳定；同时，旋转射流改善了燃油雾化和油气的掺混。此外，旋流器为燃烧室头部提供适量空气，保证头部具有合适的余气系数。旋流器位于燃烧室内火焰筒的头部，靠近燃烧室的火焰区域，工作环境的温度较高。旋流器与燃油喷嘴、燃烧室火焰筒头部形成很好的匹配，使燃烧室获得很好的燃烧性能。目前，叶片式轴向旋流器仍然为大多数航空发动机所采用。这种轴向旋流器体积小、异形机械加工难度大，旋流器中间直接与燃油喷嘴匹配。由轴向旋流器所处的位置和结构特点可知，如果要在燃烧室头部通过施加等离子体来改善燃烧室的燃烧性能，不但要考虑等离子体装置高压放电带来的安全问题，而且需要克服异形绝缘体加工工艺难的问题。

发明内容

为了解决航空发动机在高空、小表速等恶劣条件下燃烧室熄火边界变窄、燃烧效率降低的问题，本发明提出了一种航空发动机燃烧室头部DBD等离子体叶片式轴向旋流器，根据轴向旋流器和典型介质阻挡放电结构的特点，将等离子体助燃技术应用于航空发动机燃烧室，提出圆管型双介质阻挡放电结构与叶片式轴向旋流器结合设计的可行发明技术方案，以实现航空发动机燃烧室头部的等离子体助燃。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合附图：

一种航空发动机燃烧室头部DBD等离子体叶片式轴向旋流器，包括内环接地电极1、外环高压电极2、旋流器主体件3、导线4；所述旋流器主体件3为回转体结构，通过DLP光固化3D陶瓷打印一体成型；旋流器主体件3包括旋流器主体件本体，旋流器主体件本体外环设有外环绝缘阻挡介质层8，旋流器主体件本体内环设有内环绝缘阻挡介质层6，外环绝缘阻挡介质层8与内环绝缘阻挡介质层6之间为旋流器叶片7；所述外环高压电极2粘贴于外环绝缘阻挡介质层8的外表面，所述内环接地电极1粘贴于内环绝缘阻挡介质层6的内表面；导线4一端焊接在外环高压电极2的外侧面，导线4另一端连接等离子体电源输出的高压端接线柱。