一種氣動穩焰中心分級燃燒室的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及分級燃燒室的技術領域，特別涉及一種氣動穩焰中心分級燃燒室。
【背景技術】
[0002]隨著航空發動機技術的不斷發展，發動機在提高著性能的同時，對發動機的污染排放的要求也越加嚴格，分級燃燒室是低污染燃燒室的一種重要模式。分級燃燒室可以根據發動機功率的變化來改變燃油或空氣的分配比例，使其在最合適的油氣比下進行燃燒，從而最大限度的減少污染物排放。
[0003]目前分級燃燒室，主燃級噴嘴主要采用空氣霧化噴嘴，利用旋流空氣來使燃油霧化，此類型噴嘴的機械結構相對復雜。燃燒區主要利用旋流器來穩定火焰，即空氣通過旋流器，形成強烈旋轉的氣流，由此產生回流區。為了提高燃燒室的性能，對空氣霧化噴嘴和旋流器的設計，加工精度和機械安裝提出了很高的要求。
[0004]而直射式噴嘴設計加工相對簡單，它是一種在一定供油壓力下燃油通過噴嘴壁上一個或多個孔噴入燃燒室的噴嘴。目前主要用于加力燃燒室、以液態碳氫燃料為主的超燃沖壓發動機等。分級燃燒室則很少采用液體射流直接噴射進入橫向氣流進行燃燒的模式，但直射式發動機可以使燃油在燃燒之前和空氣充分的混合、蒸發，這樣就有效的降低了污染物的排放，將來必定會被低排放燃燒室應用。
[0005]此外對于火焰穩定，除了利用旋流器等實體結構形成低速流動區外，還可以借助氣動結構，如氣流噴射形成回流區等，這樣就可以極大程度的簡化燃燒室結構。此外借助后臺階可以形成更大的回流區，也可以較好地穩定火焰，這在超燃沖壓發動機中已有研究應用。使用簡單的幾何構型，來誘導形成合適的回流區，可以最大限度的簡小燃燒室設計和加工的復雜程度。
[0006]綜上所述，直射式噴嘴，氣動穩焰中心分級燃燒室，在簡化分級燃燒室結構，提高燃燒室性能，降低排放等方面有極好的應用前景。

【發明內容】

[0007]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種新式的分級燃燒室，該分級燃燒室，主燃級采用燃油直射式噴嘴，將燃油橫向噴入主流空氣，利用在后臺階側壁面斜向上噴射的氣流形成剪切層，用以穩定預燃級火焰，進而用預燃級火焰引燃主燃級。
[0008]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種氣動穩焰中心分級燃燒室，主要由主燃級流道、后臺階預燃級、主燃級直射式噴嘴、預燃級氣動穩焰噴嘴與電火花點火器構成。主燃級直射式噴嘴由一號進油口與二號進油口、集油腔和噴射孔組成。預燃級氣動穩焰噴嘴有兩個獨立的集氣室和兩排周向均勻分布的噴孔，即氮氣集氣室與預混氣集氣室，氮氣噴孔與預混氣噴孔。空氣進入燃燒室進口后分流，分別進入主燃級流道與預燃級預混通道。燃油通過兩個進油口進入集油腔，然后由直射式噴射孔將液態燃油噴入主燃級流道，與主燃級氣流摻混。甲烷氣通過進氣孔進入預燃級預混通道與預燃級氣流摻混，形成預混氣。氮氣與甲烷/空氣預混氣分別進入氮氣集氣室與預混氣集氣室，由氮氣噴孔與預混氣噴孔噴入后臺階預燃級，形成剪切層，用于穩定火焰；電火花點火器位于甲烷/空氣預混氣噴射軌跡上，實現預燃級的點火啟動；然后預燃級高溫燃氣引燃主燃級，實現液態燃油的在更寬的來流工況范圍內高效、穩定燃燒。
[0009]其中，所述的燃燒室進口進入的氣流速度為5?80m/s，預混氣噴孔氣流速度為5?20m/s，氮氣噴孔氣流速度為2.5?10m/s。
[0010]其中，所述的主燃級流道中氣流與主燃級直射式噴嘴噴射燃油動量比為10?90。
[0011]其中，所述的預燃級預混通道中的空氣與從進氣孔進入預燃級預混通道甲烷氣的體積流量之比為1.2?1.5。
[0012]其中，所述的主燃級直射式噴嘴由3?4個直徑為0.5?0.7mm的噴射孔；預燃級噴嘴有兩排15?20個直徑為0.9?1.1mm的噴射孔，噴射孔間距離與噴孔直徑比值為
6.5?7.5，噴射角度為45°?60°。
[0013]其中，所述的預燃級預混通道的進氣口到燃燒室進口的距離與主燃級流道的長度的比值為0.3?0.5 ;主燃級直射式噴嘴到燃燒室進口的距離與主燃級流道的長度的比值為 0.7 ?0.8。
[0014]其中，所述的后臺階預燃級高度與主燃級流道的高度比值為3?4 ;預混氣噴孔距主燃級流道的距離與主燃級流道的寬度比值為2?3 ;燃燒室高度與主燃級流道的寬度度比值為5?6 ;燃燒室上壁面擴張角為20°?25°。
[0015]其中，所述的預混氣噴孔距后臺階預燃級端面距離與主燃級流道的高度的比值為
0.1?0.15，以增加穩火。
[0016]其中，所述的電火花點火器距后臺階預燃級端面距離與預混氣噴孔距后臺階預燃級端面距離的比值為6?7，以提高點火性能。
[0017]本發明的工作原理:空氣進入燃燒室進口后分流，分別進入主燃級流道與預燃級預混通道。主燃級直射式噴嘴將液態燃油橫向噴入主燃級流道，與主燃級氣流摻混。甲烷氣通入預燃級預混通道與預燃級氣流摻混，形成預混氣。預燃級氣流誘導駐渦噴嘴將甲烷/空氣預混氣與氮氣噴入后臺階預燃室；電火花點火器位于甲烷/空氣預混氣噴射軌跡上，實現預燃級的點火啟動；預燃級高溫燃氣引燃主燃級。
[0018]本發明與現有技術相比具有的優點如下:
[0019](1)本發明采用氣動結構來穩定火焰，其幾何構型簡單，由于形成了穩定的剪切層，火焰穩定效果好；
[0020](2)本發明的預燃級使用甲烷/空氣預混氣，極大限度的提高了燃燒室的點火性能，同時拓寬了燃燒室工作的工況范圍；
[0021](3)本發明的主燃級采用直射式噴嘴，噴嘴結構可以保證每個噴孔的燃油噴射性能一致，噴嘴設計、加工工藝以及機械安裝相對簡單。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的系統結構示意圖；
[0023]圖2為本發明的主燃級直射式噴嘴示意圖，其中圖(a)為本發明的主燃級直射式噴嘴結構示意圖，圖(b)為本發明的主燃級直射式噴嘴剖視圖；
[0024]圖中:1為燃燒室進口，2為預燃級預混通道的進氣口到燃燒室進口的距離，3為主燃級直射式噴嘴到燃燒室進口的距離，4為主燃級流道的長度，5為預燃級預混通道，6為主燃級直射式噴嘴，7為集油腔，8為甲烷進氣孔，9為氮氣進氣口，10為氮氣集氣室，11為預燃級氣流誘導駐渦噴嘴，12為后臺階預燃級，13為主燃級流道，14為電火花點火器距后臺階預燃級端面距離，15為電火花點火器，16為預混氣噴孔距后臺階預燃級端面距離，17為預混氣集氣室，18為燃燒室上壁面擴張角，19為預混氣噴孔距主燃級流道的距離，20為主燃級流道的高度，21為后臺階預燃級高度，22為燃燒室出口面積，23為直射式噴射孔，24為一號進油口，25為二號進油口。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖及【具體實施方式】詳細介紹本發明。
[0026]如圖1所示，本發明實施例一種氣動穩焰中心分級燃燒室，主要由主燃級流道13、后臺階預燃級12、主燃級直射式噴嘴6、預燃級氣流誘導駐渦