專利名稱：一種值班火焰穩定器的制作方法
技術領域：
本發明涉及航空動力推進系統領域，尤其涉及一種值班火焰穩定器。
背景技術：
火焰穩定器是航空發動機加力燃燒室和沖壓發動機燃燒室的核心組件，它的結構和布局決定了燃燒室的點火性和火焰穩定性及燃燒效率。提高穩定器的燃燒性能，就是提高加力燃燒室的性能，從而提高發動機的總體性能。隨現代航空發動機加力燃燒室技術的發展對火焰穩定器提出了更高的要求。特別是在燃燒室進口氣流溫度低、壓力低、速度高的情況下，現有的火焰穩定器的點火可靠性變差、穩定工作范圍變窄、燃燒效率不高，因此，需要發展新型的值班火焰穩定器。帶加力燃燒室的航空發動機主要有渦噴發動機和渦扇發動機，彈用發動機主要是沖壓發動機，沖壓發動機燃燒組織原理與航空發動機加力燃燒室基本相同。但由于發動機的參數和性能的不同，使用的火焰穩定器型式也就不同。渦噴發動機加力燃燒室組織燃燒的特點，是進口氣流溫度高1000-1200K，燃油在火焰穩定器前方蒸發度可達80%以上，組織燃燒容易，加力燃燒室點火和供油分區轉換不會影響壓氣機工作的穩定性，從小加力到全加力油氣比變化范圍小(0. 026-0. 055)，不要求軟點火，不使用值班火焰穩定器就能滿足發動機性能要求。因此，在側重選擇結構簡單、重量輕、工藝性好的火焰穩定器，普遍采用V型火焰穩定器。渦扇發動機加力燃燒室組織燃燒的特點，存在內涵和外涵兩股氣流，內涵氣流溫度高，外涵氣流溫度低，溫度差別較大。總體進口溫度低，燃油在火焰穩定器前方的蒸發度只有5%左右，組織燃燒比較困難，燃燒穩定性問題突出，提高燃燒效率有困難，而且容易產生振蕩燃燒。由于加力燃燒室點火時產生的壓力突生能前傳到風扇，在加力接通時引起風扇喘振，要求從小加力到全加力油氣比變化范圍寬(點火油氣比一般為0. 002，全加力油氣比可達0. 068)，所以必須采取軟點火措施，通常在加力燃燒室內布置一圈環形值班火焰穩定器。沖壓發動機由于沒有壓氣機和渦輪，只有進氣道、燃燒室、尾噴管，使得燃燒室的進口氣流速度高、壓力低(低壓可達0.05Mpa)、溫度低(500-800K)，從而造成點火困難、火焰穩定性和燃燒效率降低。因此，在沖壓發動機燃燒室需要采用值班火焰穩定器，以改善點火性能和火焰穩定性，提高燃燒效率及發動機性能。在航空發動機和沖壓發動機發展過程中主要使用以下幾種穩定器V形火焰穩定器如圖1所示，為二維槽型結構，穩定器的頂角在30-60°之間。其是加力燃燒室最廣泛使用的穩定器，具有較好的火焰穩定性和簡單的結構。主要缺點是工作范圍窄，點火油氣比高，低溫低壓下穩定性差。而在渦扇發動機中，當外涵溫度低，燃油霧化不良時，易出現低頻振蕩燃燒。雙V形火焰穩定器如圖2所示，它由開口 V形穩定器S 13和一個小V形穩定器 Sll構成，兩者之間形成連續縫隙S12。和常規V形火焰穩定器對比可使受損失系數下降25-30%，提高了點火性和燃燒效率，改善了貧油熄火性能，但不能滿足軟點火和低壓下火焰穩定性的要求。薄膜蒸發V形火焰穩定器結構如圖3所示，它由內V形火焰穩定器S34與外V形火焰穩定器S33、進氣環(或進氣管)S32和噴油桿S31等組成，內V形火焰穩定器S34與外 V形火焰穩定器S33之間形成縫隙。局部燃油通過噴油桿S31上小孔噴入進氣環(或管) 內，和空氣摻混，在穩定器壁面上形成油膜。所形成的油氣混合物從穩定器后緣的間隙排出，進入回流區。由于局部供油可以控制，因而具有良好的點火性能和火焰穩定性，但總壓損失系數比常規V形火焰穩定器略大。吸入式火焰穩定器如圖4所示。它是在普通V型穩定器二個側壁上，開出一些專門設計的進氣口，讓前方來的油氣流分出一部分提前進入穩定器的背風處和回流區內。該穩定器具有設計簡單和燃燒性能優良的特點，穩定燃燒邊界擴寬，貧油狀態下點火容易。英國斯貝值班火焰穩定器如圖5所示，其工作原理是附加燃油S52噴向濺板S53， 與進入蒸發管S56的小股空氣摻混形成富油混氣，從蒸發管S56噴出。同時從穩定器頂部長方形小孔(S54，S55)引入的少量空氣(S51，S57)與蒸發管噴出的富油混氣摻混。由于蒸發管S56單獨供油，穩定器內的小回流區受到V型穩定器的保護、蔭蔽，保證穩定器的點火可靠與燃燒，起到值班火焰的作用。斯貝蒸發式火焰穩定器與常規V型火焰穩定器相比，優點是擴大了貧油狀態的點火和穩定工作范圍，提高燃燒效率，特別是在來流溫度低和流速高時，優越性明顯，其貧油點火油氣比可小到0. 003。特種V型值班穩定器和一般V型值班穩定器不同之處為蒸發管裝在小V型穩定器內，該小V型穩定器無進氣孔，由小V型穩定器后緣和波紋形成間斷縫隙進氣。燃油從蒸發管進入，撞在濺板上，形成兩態混氣，從蒸發管出氣孔噴入穩定器內，與穩定器波紋孔進入的空氣摻混，形成可燃混氣。利用小穩定器型形成的先鋒火焰點燃主流混氣，具有良好的點火性和火焰穩定性。值班火焰穩定器是渦扇發動機加力燃燒室和沖壓發動機燃燒室的核心部件，對決定發動機性能有重要影響。目前，認為斯貝值班穩定器比V型火焰穩定器、雙V型火焰穩定器、薄膜蒸發V形火焰穩定器、吸入式火焰穩定器、特種V型值班穩定器具有更好的點火性能、火焰穩定性和燃燒效率，特別是低壓性能優越。然而，在大量的燃燒實驗中發現，斯貝值班穩定器在低壓0. OSMpa和流速超過100m/S，就出現點火困難，火焰不穩定，伴有振蕩燃燒等現象，特別是低溫低壓下其燃燒性能變差。隨飛行器向更高的飛行領域發展，對值班火焰穩定器提出更高的要求，以適應更惡劣的燃燒工況，因此，需要研究新型的值班火焰穩定
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發明內容
本發明解決的技術問題在于解決發動機點火困難、火焰不穩定、伴有振蕩燃燒等問題。為了解決以上問題，本發明提供一種值班火焰穩定器，包括霧化槽、噴油桿、蒸發管、穩定器側壁、噴氣孔；所述的霧化槽為具有一定壁厚的槽型結構件，置于蒸發管內，槽口指向下游，下游為噴油桿；所述的噴油桿上開有數個噴油孔，置于蒸發管內；所述的蒸發管為具有一定壁厚兩側帶噴氣孔的槽型結構件，外側為穩定器側壁；所述的穩定器側壁為具有一定壁厚的兩側平板型結構件，兩平板向下游具有一定的張角；霧化槽和蒸發管之間留有縫隙，縫隙在穩定器頭部位置平齊；蒸發管和穩定器側壁之間留有縫隙，縫隙在穩定器頭部位置平齊；所述的噴氣孔位于蒸發管兩側靠近底部；霧化槽、噴油桿、蒸發管通過一定間距的薄連接件固定。本發明實施例提供的一種值班火焰穩定器，充分利用霧化槽噴嘴改善燃油霧化蒸發和空間分布的優點，充分利用蒸發管改善燃油的蒸發和油氣摻混作用，充分利用雙V型穩定器提高燃燒效率和減小阻力的功能，具有更好的點火性、火焰穩定性和燃燒效率，特別是低溫、低壓、高速條件下，表現更優越的燃燒性能。
當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解， 構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定，其中圖1現有技術的V型火焰穩定器結構；圖2現有技術的雙V型火焰穩定器結構；圖3現有技術的薄膜蒸發V型火焰穩定器結構；圖4現有技術的吸入式火焰穩定器結構；圖5現有技術的英國斯貝值班火焰穩定器結構；圖6為縫隙式值班火焰穩定器方案一結構；圖7為縫隙式值班火焰穩定器方案二結構。
具體實施例方式以下參照圖1-7對本發明的實施例進行說明。為使上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。實施例1 一種值班火焰穩定器，包括霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3、穩定器側壁4、噴氣孔7 組成。霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3通過薄鋼片焊接，安裝在穩定器頭部；霧化槽1頂部與蒸發管3頂部平齊，霧化槽1下游一定距離為噴油桿2，置于蒸發管3內，噴油桿2上游為霧化槽1，置于蒸發管3的底部；蒸發管3和穩定器側壁4通過薄鋼片焊接，蒸發管3的外側為穩定器側壁4。本發明采用霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3以薄鋼片焊接，保證霧化槽1兩側與蒸發管3兩側內壁的間距相等，提供滿足燃油霧化蒸發摻混要求的霧化槽和蒸發管之間的縫隙 (一次風)5，一次風5進口面積應略小于噴氣孔7的總面積；霧化槽1的槽口指向下游，其與噴油桿2要有合適的間距，以保證在霧化槽1和噴油桿2之間形成合理的氣流結構，有利于蒸發管3內的燃油霧化蒸發和摻混；噴油桿2置于蒸發管3的底部，其上的直流噴孔數目和孔徑尺寸，既要滿足供油系統的要求，又要考慮燃油均勻分布的要求；蒸發管3兩側各一排噴氣孔7，其孔徑的大小和數目應保證有效面積大于一次風5進口面積，以保證蒸發管內的油氣混合物流率與一次風5的流率基本相當，從而使噴氣孔7噴出的混合物氣流噴至穩定器側壁4，其噴出的油氣混合物與蒸發管和穩定器側壁之間的縫隙(二次風)6的氣流摻混，在穩定器內及下游形成可燃的油氣混合物；蒸發管3置于兩側穩定器側壁4中間，兩者頭部平齊，形成兩股縫隙式射流，與噴氣孔7噴出的射流混氣摻混，既要有利于穩定器的減阻，又要提高點火性和燃燒效率。實施例2 一種值班火焰穩定器，包括霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3、穩定器側壁4、噴氣孔7 組成。霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3通過薄鋼片焊接，安裝在穩定器頭部；霧化槽1頂部與蒸發管3頂部平齊，霧化槽1下游一定距離為噴油桿2，置于蒸發管3內，噴油桿2上游為霧化槽1，置于蒸發管3的底部；蒸發管3和穩定器側壁4的折邊焊接，蒸發管3的外側為穩定器側壁4。本發明采用霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3以薄鋼片焊接，保證霧化槽1兩側與蒸發管3兩側內壁的間距相等，提供滿足燃油霧化蒸發摻混要求的霧化槽和蒸發管之間的縫隙 (一次風)5，一次風進口面積應略小于噴氣孔7的總面積；霧化槽1的槽口指向下游，其與噴油桿2要有合適的間距，以保證在霧化槽1和噴油桿2之間形成合理的氣流結構，有利于蒸發管3內的燃油霧化蒸發和摻混；噴油桿2置于蒸發管3的底部，其上的直流噴孔數目和孔徑尺寸，既要滿足供油系統的要求，又要考慮燃油均勻分布的要求；蒸發管3兩側各一排噴氣孔7，其孔徑的大小和數目應保證有效面積大于一次風5進口面積，以保證蒸發管內的油氣混合物流率與一次風5的流率基本相當，使噴氣孔7噴出的混合物氣流與蒸發管和穩定器側壁之間的圓孔(或方孔)(二次風)6的氣流摻混，在穩定器內及下游形成可燃的油氣混合物；蒸發管3與兩側穩定器側壁4折邊焊接，兩者頭部平齊，二次風圓孔(或方孔)6 射流與噴氣孔7—一對應，兩股氣流撞擊摻混，既要有利于穩定器的減阻，又要提高點火性和燃燒效率。本發明采用霧化槽1、噴油桿2、蒸發管3以焊接方式通過一定間距的薄連接件固定，保證霧化槽1兩側與蒸發管3兩側內壁的間距相等，提供滿足燃油霧化蒸發摻混要求的一次風，一次風5進口面積應略小于噴氣孔7的總面積；霧化槽2的槽口朝向下游，其與噴油桿2要有合適的間距，以保證在霧化槽1和噴油桿2之間形成合理的氣流結構，有利于蒸發管3內的燃油霧化蒸發和摻混；噴油桿2置于蒸發管3的底部，其上的直流噴孔數目和孔徑尺寸，既要滿足供油系統的要求，又要考慮燃油均勻分布的要求；蒸發管3兩側共兩排的噴氣孔7，其孔徑的大小和數目應保證有效面積大于一次風5進口面積，以保證蒸發管內燃油蒸發后的油氣混合物與一次風5沖壓進氣的空氣體積基本相當，從而使噴氣孔7噴出的混合物氣流噴至穩定器側壁4，其噴出的油氣混合物與二次風6的氣流摻混，在穩定器內及下游形成可燃的油氣混合物；蒸發管3置于兩側穩定器側壁4內側，兩者上游部位平齊，形成的兩股縫隙式射流，與噴氣孔7噴出的射流混氣摻混，既要有利于穩定器的減阻，又要改善油氣摻混，提高點火性和燃燒效率。上述縫隙式值班火焰穩定器的工作過程如下在來流沖壓進氣的條件下，燃油通過噴油桿2向霧化槽1內直射式噴油，燃油在霧化槽1內壁面上撞擊霧化，并在內壁上形成油膜。油膜經過翻越擴展蒸發，在霧化槽1邊緣被一次風5霧化摻混，所形成的油氣混合物在蒸發管3內進一步蒸發和摻混。油氣混合物和蒸發管3內壁的油膜經蒸發管噴氣孔7噴出而霧化，噴出的混氣射流被高速二次風6氣流霧化和摻混。大油珠會撞到穩定器內壁4， 被霧化和蒸發，這樣就在穩定器回流區內形成了適合點火和穩定燃燒的可燃混合氣。點火后，穩定器內的回流區就成為穩定的點火源，從而在值班火焰穩定器后方形成高速火炬。通過改變噴油桿2供油量，可以使穩定器適合多種燃燒工況的要求。從以上敘述可知，本發明綜合了霧化槽噴嘴、蒸發管、縫隙式穩定器的優點，燃油在霧化槽1、蒸發管3和穩定器內經過多級霧化蒸發和摻混，改善了燃油霧化蒸發和摻混功能，從而在穩定器回流區內形成優良的可燃混氣，擴展低壓下的穩定工作范圍。本發明通過合理設計，能夠滿足飛行器低空及高空低壓下的燃燒要求。本發明的縫隙式值班火焰穩定器，適合發動機燃燒室進口溫度350-800K，進口流速80-150m/s，壓力0. 05-0. 2Mpa，穩定燃燒范圍的油氣比為0. 003-0. 068。該穩定器阻力小，燃油霧化蒸發和摻混質量高，提高了貧油點火性能、火焰穩定性和燃燒效率，特別適合高空低壓下的燃燒工況，是渦扇發動機加力燃燒室和沖壓發動機燃燒室比較理想的值班火焰穩定器。如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種值班火焰穩定器，其特征在于包括霧化槽、噴油桿、蒸發管、穩定器側壁、噴氣孔；所述的霧化槽為具有一定壁厚的槽型結構件，置于蒸發管內，槽口指向下游，下游為噴油桿；所述的噴油桿上開有數個噴油孔，置于蒸發管內；所述的蒸發管為具有一定壁厚兩側帶噴氣孔的槽型結構件，外側為穩定器側壁；所述的穩定器側壁為具有一定壁厚的兩側平板型結構件，兩平板向下游具有一定的張角；霧化槽和蒸發管之間留有縫隙，縫隙在穩定器頭部位置平齊；蒸發管和穩定器側壁之間留有縫隙，縫隙在穩定器頭部位置平齊；所述的噴氣孔位于蒸發管兩側靠近底部；霧化槽、噴油桿、蒸發管通過一定間距的薄連接件固定。
2.如權利要求1所述一種值班火焰穩定器，其特征在于所述的穩定器進一步包括，位于所述的穩定器側壁頂部，折向蒸發器的折邊，其折邊處與蒸發管連接，折邊上開有一定數目的孔。
3.如權利要求2所述一種值班火焰穩定器，其特征在于所述折邊上的孔為圓孔或方孔或縫。
4.如權利要求2所述一種值班火焰穩定器，其特征在于霧化槽和蒸發管之間縫隙進口面積略小于噴氣孔的總面積。
5.如權利要求1至4之一所述一種值班火焰穩定器，其特征在于所述蒸發管兩側各有一排噴氣孔。
6.如權利要求5所述一種值班火焰穩定器，其特征在于折邊上的孔與噴氣孔一一對應。
7.如權利要求1所述一種值班火焰穩定器，其特征在于霧化槽兩側與蒸發管兩側內壁的間距相等。
全文摘要
本發明公開了一種值班火焰穩定器，包括霧化槽、噴油桿、蒸發管、穩定器側壁、噴氣孔；霧化槽為具有一定壁厚的槽型結構件，置于蒸發管內，槽口指向下游，下游為噴油桿；所述的噴油桿上開有數個噴油孔，置于蒸發管內；蒸發管為具有一定壁厚兩側帶噴氣孔的槽型結構件，外側為穩定器側壁；穩定器側壁為具有一定壁厚的兩側平板型結構件，兩平板向下游具有一定的張角；霧化槽和蒸發管之間留有縫隙，縫隙在穩定器頭部位置平齊；蒸發管和穩定器側壁之間留有縫隙，縫隙在穩定器頭部位置平齊；噴氣孔位于蒸發管兩側靠近底部；能使用在航空發動機和沖壓發動機中，提高點火性能、火焰穩定性和燃燒效率。
文檔編號F23R3/20GK102519054SQ20121000403
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者鄭殿峰 申請人:北京大學