[发明专利]一种三级分层燃烧的高温升燃烧室结构

摘要

本发明涉及一种三级分层燃烧的高温升燃烧室结构，应用于高推重比航空发动机。燃烧室的头部油气掺混器分为预燃级和主燃级，预燃级燃油通过中心直射喷嘴和预燃级预膜喷嘴进入预燃区，形成实心雾锥，增强预燃级火焰的稳定性。主燃级采用双排燃油喷射孔喷射燃油，其中内层燃油喷射孔将燃油喷入主燃级内旋流器空气通道，外层燃油喷射孔将燃油喷入主燃级外旋流器空气通道，从而在主燃级形成两个燃烧区，即内层主燃区和外层主燃区。内层主燃区的油气比大于外层主燃区，从而更容易被预燃级火焰引燃，内层主燃区进一步对外层主燃区起稳定作用。三个燃烧区之间的逐级稳燃，共同提高了高温升燃烧室的头部燃烧稳定性。

主权项

1.一种三级分层燃烧的高温升燃烧室结构，包括扩压器、燃烧室机匣、火焰筒、供油杆和头部油气掺混器，所述的扩压器位于燃烧室机匣的气流来流方向的前端；所述的燃烧室机匣包括燃烧室内机匣和燃烧室外机匣，两者均为环形；所述的火焰筒为环形，设置在燃烧室机匣内，并与燃烧室机匣同轴，包括火焰筒外环和火焰筒内环；所述的头部油气掺混器安装于气流来流方向的火焰筒前端壁，包括位于中心的预燃级组件和位于所述预燃级组件外围的主燃级组件，其特征在于：‑‑所述的预燃级组件包括由内到外、同轴布置的中心直射喷嘴、预燃级内旋流器、预燃级预膜喷嘴、预燃级外旋流器和预燃级收敛扩张段，其中，所述的中心直射喷嘴包括圆柱段和圆锥段，燃油从圆锥段后端面以一定角度喷出，所述的预燃级内旋流器设置于中心直射喷嘴圆柱段的外围；所述的预燃级预膜喷嘴包括预燃级预膜喷嘴内壁、预燃级预膜喷嘴外壁以及形成于两者之间的一环腔结构，所述预燃级预膜喷嘴内壁和预燃级预膜喷嘴外壁均包括一圆柱段和一向内收缩的圆锥段，所述的预燃级预膜喷嘴外壁的圆锥段的轴向长度大于预燃级预膜喷嘴内壁的圆锥段的轴向长度，从而在所述预燃级预膜喷嘴内壁和预燃级预膜喷嘴外壁的圆锥段之间形成一预燃级预膜唇口；所述的预燃级预膜喷嘴内壁与中心直射喷嘴外表面构成了预燃级内旋流器的气流通道，该气流通道的出口直径小于入口直径；所述的预燃级收敛扩张段包括沿轴向依次布置的收敛段、缓慢扩张段和快速扩张段；所述的预燃级预膜喷嘴外壁与预燃级收敛扩张段的收敛段构成了预燃级外旋流器的空气通道，该通道的出口直径小于入口直径；‑‑所述的主燃级组件包括由内到外环形布置的主燃级内旋流器、主燃级油腔、主燃级外旋流器，其中，所述的主燃级内旋流器设置于主燃级内旋流空气通道中，所述主燃级内旋流空气通道设置于所述预燃级组件的外围，其内壁面和外壁面均为环形结构，主燃级内旋流空气通道的内壁面包括圆柱段和圆锥段，所述的主燃级内旋流器设置于主燃级内旋流空气通道内壁面的圆柱段上，所述主燃级内旋流空气通道的出口直径大于进口直径；所述的主燃级外旋流器设置于主燃级外旋流空气通道中，所述主燃级外旋流空气通道包括内壁面和外壁面；所述的主燃级油腔呈环形，由所述主燃级内旋流空气通道的外壁面和主燃级外旋流空气通道的内壁面包围而成，主燃级油腔尾部由两个圆锥面组成，在两个圆锥面上均设置有一定数量的燃油喷射孔，分别向主燃级外旋流空气通道和主燃级内旋流空气通道内喷射燃油；所述的头部油气掺混器的主燃级组件与预燃级组件之间在径向上存在一定径向间隔，在此径向间隔上布置有冷却空气孔。