本发明涉及旋流燃烧器的技术领域，特别涉及一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部。
背景技术：
航空发动机被称为现代工业皇冠的璀璨明珠，其设计及制造水平最能代表一个国家的整体工业水平，航空发动机按照用途分为军用和民用两种。军用航空发动机追求推重比采用高温升燃烧室，民用发动机追去效率和环保采用低排放燃烧室。随着民用航空业的发展以及环保意识的提高，未来对先进燃气轮机燃烧室的污染排放提出更严苛的要求。
中心分级燃烧室是现今低排放燃烧室的主要发展方向之一，其燃烧室采用中心分级的燃烧组织方式，预燃级采用扩散燃烧，具有较好的点熄火性能；主燃级为预混燃烧，用旋流器加强燃油与空气的掺混，可降低大工况下燃烧室的污染排放。
燃烧室内主燃级的中的油流量主要是从主燃级喷出，且主燃级为预混燃烧，所以主燃级中燃油雾化以及与空气的掺混的好坏影响燃烧的性能进而影响排放性能的好坏。故而主燃级的排放量的多少决定了整个燃烧室排放性能的好坏。
综上所述，本发明立足于工程实际应用，设计了一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部，此头部主燃级采用匹配旋流叶片的预膜板，可使燃油喷射到预膜板上进行初次成膜，能够较好的雾化和掺混，进而进一步降低污染物的排放。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对中心分级燃烧室主燃级燃油雾化及污染排放的问题，提出了一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部。所述头部的在主燃级旋流器叶片处加装轴向旋流预膜叶片，使从叶片上的燃油喷射孔中喷出的燃油打在预膜叶片上形成油膜，油膜离开叶片后进行破碎雾化。轴向旋流预膜板叶片相较于没有预膜板叶片的头部来说，提高了雾化和掺混效果。通过提高雾化和掺混的效率来达到更高的预混效果，进而达到更低的排放效果。
本发明采用的技术方案为：一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部，主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构；头部采用中心分级的结构，由主燃级、预燃级构成，其中主燃级旋流叶片、主燃级轴向旋流预膜板叶片、主燃级套筒、主燃级内环依次通过焊接形成整个主燃级，其中主燃级旋流叶片和主燃级轴向旋流预膜板叶片通过焊接连接之后套在主燃级内环上并焊接在一起，然后将主燃级套筒与主燃级旋流叶片顶端焊接起来；预燃级包括预燃级旋流器叶片、预燃级喷嘴外环、预燃级喷嘴，其中预燃级喷嘴外环通过螺纹与预燃级喷嘴连接，然后预燃级旋流器叶片套在预燃级喷嘴外环上，级间段与预燃级旋流器叶片通过焊接连接，然后与主燃级内环通过螺纹方式连接，形成主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部。
其中，主燃级轴向旋流预膜板叶片与主燃级旋流叶片轴线的夹角成-30°～60°，燃油通过叶片喷射孔喷出后以一定的角度撞击在预膜叶片上形成油膜进行雾化，提高雾化效率。
其中，主燃级轴向旋流预膜板叶片与主燃级旋流叶片的径向夹角为旋流器叶片径向夹角的20％～80％，则可改变预膜叶片距离燃油喷射孔的直线距离，进而改变叶片上的油膜形状，进而优化雾化。
其中，主燃级轴向旋流预膜板叶片厚度与主燃级旋流叶片厚度之比为20％～60％，改变预膜叶片的厚度可改变预膜叶片的刚性，在燃油冲击预膜叶片时可以通过振动加快油膜的破碎，进而促进雾化。
其中，所述主燃级轴向旋流预膜板叶片可通过调整主燃级轴向旋流预膜板叶片长度与主燃级旋流叶片长度之比为10％～80％，改变燃油在轴向旋流预膜板叶片上的停留时间进而改变雾化效果。
其中，主燃级轴向旋流预膜板叶片数与主燃级旋流叶片上的燃油喷孔保持数量一致，或按照每间隔一个通道放置一个轴向旋流预膜叶片成间隔排布。
其中，主燃级轴向旋流预膜板叶片的外形可以与主燃级旋流叶片外形相同也可以为流线型，其中最厚处为主燃级旋流叶片厚度的20％～60％。
其中，所述主燃级轴向旋流预膜板叶片中采用的预膜板叶片可通过改变主燃级轴向旋流预膜板叶片与主燃级旋流叶片的径向夹角为旋流器叶片径向夹角的20％～80％。
其中，所述的主燃级轴向旋流预膜板叶片可根据射流孔的位置通过改变叶片高度位置和叶片的相对高度与喷射孔进行配合，进而实现较好的成膜雾化的效果，所述的相对高度为以孔为中心，叶片相对高度为旋流叶片高度的20％～80％。
本发明的工作原理：所述的低排放燃烧室头部采用中心分级的结构方式设计主、预燃级，能够有效降低燃烧室污染排放。所述头部的主燃级在主预燃级旋流器加装预膜板叶片，对主燃级旋流叶片喷出的油柱进行预膜使其易于破碎和雾化，进而在有限的距离内达到较高的预混效果，提高主燃级的燃烧效率，从而降低燃烧室的污染物排放量。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
(1)采用了具有旋流器匹配成膜叶片的旋流器结构，可以使旋流器叶片喷出的燃油撞击成膜叶片形成油膜，并在油膜流出预膜叶片后在旋流空气的剪切作用下进行破碎雾化，同时与空气进行掺混，以达到更佳的预混效果。
(2)头部采用中心分级的方式组织燃烧，主燃级为预混燃烧且在成膜叶片的作用下预混效果更好，燃烧更加充分，可有效降低污染物排放；预燃级为扩散燃烧，且能保证头部点熄火性能。
(3)本发明结构简单，加工装配方便，而且主、预燃级可以根据不同的旋流数进行组合。通过改变主预燃级旋流数可以调整流场和火焰结构，适用于不同的燃烧设备。
附图说明
图1为本发明的一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部结构示意图；
图2为本发明的主燃级和级间段装配结构示意图；
图3为本发明的主燃级旋流器与轴向旋流预膜板叶片(方案一)装配在级间段上的结构示意图；
图4为本发明的主燃级旋流器与轴向旋流预膜板叶片(方案一)的装配结构左侧等轴侧示意图；
图5为本发明的主燃级旋流器燃油通道与燃油喷射孔结构示意图；
图6为本发明的主燃级旋流器与轴向旋流预膜板叶片(方案二)的主燃级结构示意图；
图7为本发明的主燃级旋流器与轴向旋流预膜板叶片(方案二)的装配结构左侧等轴侧示意图；
图8为本发明的主燃级旋流器与轴向旋流预膜板叶片(方案二)的装配结构右侧等轴侧示意图；
图9为本发明的主燃级旋流器叶片与轴向旋流预膜板叶片的夹角示意图；
图10为本发明的轴向旋流预膜叶片的流线型外形示意图。
图中：01为主燃级旋流叶片，02为主燃级轴向旋流预膜板叶片，03为主燃级套筒，04为主燃级通道，05为主燃级内环，06为级间段，07为预燃级旋流器叶片，08为预燃级喷嘴外环，09为预燃级喷嘴，10为主燃级油路烟斗，11为主燃级油路环腔，12为预膜板叶片高度，13为径向夹角，14为叶片夹角，15为预膜板叶片厚度，16为燃油通道，17为燃油喷射孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明：
如图1所示，为本发明实施例所述的的一种主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的低排放燃烧室头部，采用了中心分级方式的组织燃烧，主要由主燃级旋流叶片01、主燃级轴向旋流预膜板叶片02、主燃级套筒03、主燃级通道04、主燃级内环05、带有文氏管的级间段06、预燃级旋流器叶片07、预燃级喷嘴外环08、预燃级喷嘴09、主燃级油路烟斗10、主燃级油路环腔11。级间段06带有文氏管。其中主燃级旋流叶片01、主燃级轴向旋流预膜板叶片02、主燃级套筒03、主燃级通道04、主燃级内环05采用焊接方式进行连接，构成主燃级；主燃级燃油由主燃级油路烟斗10进入，从主燃级旋流器叶片上喷出，燃油打到预膜板叶片上形成油膜，然后与主燃级空气进行掺混，形成均匀的油气混合物；预燃级旋流器叶片07与级间段06采用焊接方式连接；主燃级、预燃级与级间段采用螺纹连接的方式，形成具有主燃级采用轴向旋流预膜板匹配叶片喷射结构的中心分级低排放燃烧室头部，其中预燃级为扩散火焰，主燃级为预混火焰。
如图2所示，整个主燃级由主燃级旋流叶片01、主燃级轴向旋流预膜板叶片02、主燃级套筒03、主燃级通道04、主燃级内环05及级间段06组成。可通过调整预膜板叶片的高度、长度、厚度以及与旋流器叶片的夹角来改变燃油在预膜叶片上的成膜效果，进而改变与主燃级空气的掺混效果，实现油气的完全掺混。
如图3所示，主燃级旋流叶片01与主燃级轴向旋流预膜板叶片02安装在级间段06上构成了主燃级燃油成膜掺混结构，通过图3可以看出燃油从燃油孔中喷射到预膜板叶片上形成油膜。其中预膜板叶片位置相对旋流叶片进行变化、预膜板叶片形状改变(长度、高度、厚度)。
如图4所示，主燃级旋流叶片01与主燃级轴向旋流预膜板叶片02结构一的装配结构左侧等轴侧示意图，显示了主燃级旋流器与预膜板叶片之间的相对位置以及连接方式。
如图5所示，主燃级旋流叶片01叶片上的燃油通道16及燃油喷射孔17局部放大结构图，燃油从主燃级旋流叶片01上的燃油通道16流出然后由燃油喷射孔17喷出打到主燃级轴向旋流预膜板叶片02上形成油膜，进而形成很高的雾化效果形成高质量的油气混合物。
如图6所示，主燃级轴向旋流预膜板叶片02结构二，采用如图所示的由顶部往下伸展，每个预膜板叶片与环状连接件为一体结构，通过斜向开槽来固定预膜板结构；该结构在对燃油进行预膜的同时，尽可能的减小对旋流流场的影响，不改变原有流场结构。
如图7所示，主燃级旋流叶片01与主燃级轴向旋流预膜板叶片02结构二的装配连接示意图，可以通过改变预膜板叶片位置相对旋流叶片进行变化、预膜板叶片形状改变(长度、高度、流线外形等)来改变成膜效果，进而改善燃油的雾化和与空气的掺混效果。
如图8所示，主燃级旋流叶片01与主燃级轴向旋流预膜板叶片02结构二的装配结构右侧等轴侧示意图。显示了预膜板叶片的结构及安装位置，以及预膜板叶片高度12和预膜板叶片厚度15均为可调。
如图9所示，主燃级轴向旋流预膜板叶片02与主燃级旋流叶片01的径向夹角13，以及旋流器叶片夹角14的相对大小关系，可以通过改变径向夹角13的大小来调整燃油预膜效果。
如图10所示，主燃级轴向旋流预膜板叶片02的外形为流线型，其中最厚处为旋流器叶片厚度的20％～60％。