专利名称：蒸发管式微小型发动机燃烧室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微小型航空发动机燃烧系统，特别是蒸发管式微小型发动机燃烧室。
背景技术：
目前，在国外对于微小型发动机已经进行了大量的研究工作，并取得了大量的成果，已相应制造出各个量级的成熟型号，已形成相当的军事、民用市场。荷兰AMT、英国Rolls-Royce、Artesjet等都有一系列的产品，如AMT的Mercury HP和Pegasus HP，Artesjet的KJ66等。某型微小发动机燃烧室的结构如图1所示，由燃烧室前端壁1、火焰筒内壁4、壁火焰筒外壁3、蒸发管2和燃油喷嘴5组成，其中蒸发管2由多个Г型蒸发管位于燃烧室火焰筒的中部，燃油喷嘴5采用直射式，从火焰筒前端进气，在火焰筒头部采用多股小射流以稳定火焰。多个Г型蒸发管焊接于火焰筒前端壁，直射式燃油喷嘴沿轴向将燃油喷入Г型蒸发管中，该燃烧室采用轴向近气，蒸发管的蒸发率低，导致该燃烧室燃烧效率低；该燃烧室主燃区靠后，多股小射流的稳定火焰方式导致火焰偏长。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种在有限的空间内高效、稳定的组织燃烧，解决复杂结构与燃烧室性能间的矛盾的蒸发管式微小型发动机燃烧室。
本发明的技术解决方案蒸发管式微小型发动机燃烧室，其特点在于它由燃烧室火焰筒内壁和外壁、3-12个T型蒸发管、燃油喷嘴组成，3-12个T型蒸发管沿燃烧室火焰筒的前端壁周向均匀排列，3-12个燃油喷嘴沿径向插至3-12个T型蒸发管内，在燃烧室火焰筒内壁、外壁和前端壁上打有多个孔(火焰筒外壁的孔的个数为50-70个，前端壁孔的个数为50-70个)，空气从燃烧室火焰筒内壁、外壁和前端壁进入燃烧室，利用切向进气在火焰筒头部形成稳定大涡。
所述的T型蒸发管由位于中部的进口段、与进口段和两个出口相接的略微弯曲横段和位于两端的两个出口段组成形状类似“T”的结构，各段内外径相同，两个出口段出口部分带收口，横段为配合主燃区两部分成一定夹角。
火焰筒沿轴向的气量分配在方案设计时根据该燃烧室各部分气量功能按经验关系给出，一般规则为气量分配为头部气量为15-20％，主燃孔气量为13-18％，中间段和掺混段为62-70％，头部气量和一半的主燃孔气量直接参与主燃区燃烧，另外一半的主燃孔气量和中间段气量为补燃作用，剩下气量掺混燃气，使高温燃气在出口处形成合适的温度分布，该气量的分配范围根据设计点燃油消耗量确定，在此范围基础上决定各排孔径的大小及数量。
所述的燃油喷嘴为一端封闭的小细管，在其一端侧壁上开一定数量的出油孔，形成径向喷射。
本发明的工作原理是燃油从燃油喷嘴中喷进T型蒸发管中，和T型蒸发管中的空气混合，该油气混合物喷入燃烧室火焰筒中，再和从燃烧室火焰筒的内外壁和前端壁喷射进来的空气混合，在内外壁形成的环腔中组织燃烧，形成单个稳定的大涡。
本发明与现有技术相比的优点在于(1)在燃烧室火焰筒的前端壁采用多个带弯曲的T型蒸发管环形排列，相对于Г型蒸发管，T型蒸发管的喷口数量比Г型蒸发管多了一倍，使火焰筒头部的油气分布相对均匀，更有利于点火和燃烧；再者，T型蒸发管在轴向长度也相对较短，使主燃区位置提前，减小了发动机总体轴向长度；而且前端进气可以使蒸发管进口空气获得头部足够的动能，加速燃油在管中的蒸发；这种结构还避免了蒸发管直接暴露在主燃区末端高温区，一定程度上减少烧蚀的几率。
(2)燃烧室在火焰筒内外壁和前端壁上打孔，利用切向进气，再配合主燃孔进气在火焰筒头部形成单个大涡稳定火焰，使燃烧效率大大提高。
(3)燃烧室的燃油喷嘴采用径向喷射到T型蒸发管内壁，配合空气在蒸发管内部的流动，增加了燃油和空气混合的湍流度，改善燃油在蒸发管中蒸发率。
图1为现有技术中的燃烧室结构示意图；图2为本发明的结构主示意图；图3为图2的前端壁侧视图；图4为本发明的T型蒸发管结构主剖视图；图5为图4的B向结构剖视图；图6为图4的A-A向结构剖视图；图7为现有技术的Г型蒸发管与T型蒸发管蒸发过程示意图，其中图7a为现有技术中的Г型蒸发管蒸发过程示意图，图7b为本发明T型蒸发管蒸发过程示意图；图8为本发明的燃油喷嘴结构示意图。
具体实施例方式
如图2、3所示，本发明由燃烧室火焰筒内壁4和外壁3、3-12个T型蒸发管2、燃油喷嘴5组成，3-12个T型蒸发管2沿燃烧室火焰筒的前端壁1周向均匀排列，3-12个燃油喷嘴5沿径向插至3-12个T型蒸发管内，在燃烧室火焰筒内壁4、外壁3和前端壁1上打有多个孔6，孔数及孔径由本燃烧室地气量分配决定，根据燃烧室火焰筒的周向尺寸决定，假如需要大气量的位置，打的孔径比较大，尺寸就由火焰筒周长决定能打多大及多少，该位置开孔面积之和占总的开孔面积的比例应该和该处气量分配一致，一般数量见表1。燃油从燃油喷嘴5中喷进T型蒸发管2中，和T型蒸发管2中的空气混合，该油气混合物喷入燃烧室火焰筒中，再和从燃烧室火焰筒的内壁4、外壁3和前端壁1的孔6中喷射进来的空气混合，利用切向进气在火焰筒头部形成稳定大涡。
本实施例中的在头部气量分配为18.97％，主燃孔气量分配为15.86％，中间段和掺混段为65.26％的情况下，打孔的数量、孔径和位置列表如下表1。
表1
如图4、5、6所示，本发明采用的T型蒸发管由一个进口段2-1、一个略微弯曲横段2-2和两个出口段2-3组成形状类似“T”的结构，各段内外径相同，两个出口段2-3出口部分带收口，横段2-2为配合主燃区两部分呈一定夹角θ，一般为150°～180°，在进口段2-1的直段末端有一收缩口，可以把贴壁油膜打碎，促进燃油蒸发；横段2-2略微弯曲，是为了让蒸发管配合主燃区的燃烧组织。燃油喷入蒸发管进口2-1，混合同样从进口2-1进来的空气掺混，燃油经过蒸发管的横段2-2蒸发，然后再从蒸发管2两个出口段2-3喷出到火焰筒环腔参与燃烧。
如图7所示，7a、7b分别为Г型和T型蒸发管的工作示意图，两者原理相同，工作过程如上所述，只是结构不同，本发明的T型蒸发管尺寸比Г型蒸发管小，出口多一倍，蒸发率较高。
如图8所示，燃油喷嘴5由一端封闭的小细管5-1，在其一端侧壁上开4个出油孔5-2，采用径向喷射到T型蒸发管2的内壁，配合空气在蒸发管内部的流动，增加了燃油和空气混合的湍流度，改善燃油在蒸发管中蒸发率。
权利要求
1.蒸发管式微小型发动机燃烧室，其特征在于它由燃烧室火焰筒内壁和外壁、3-12个T型蒸发管、燃油喷嘴组成，3-12个T型蒸发管沿燃烧室火焰筒的前端壁周向均匀排列，3-12个燃油喷嘴沿径向插至3-12个T型蒸发管内，在燃烧室火焰筒外壁和前端壁上分别打有孔，空气从燃烧室火焰筒内壁、外壁和前端壁进入燃烧室，利用切向进气在火焰筒头部形成稳定单个大涡。
2.根据权利要求1所述的蒸发管式微小型发动机燃烧室，其特征在于所述的T型蒸发管由位于中部的进口段、与进口段和两个出口相接的略微弯曲横段和位于两端的两个出口段组成形状类似“T”的结构，各段内外径相同，两个出口段出口部分带收口，横段为配合主燃区两部分形成夹角。
3.根据权利要求1所述的蒸发管式微小型发动机燃烧室，其特征在于所述的切向进气的气量分配为头部气量，包括火焰筒内壁前排为15-20％，主燃孔气量为13-18％，中间段和掺混段为62-70％。
4.根据权利要求1所述的蒸发管式微小型发动机燃烧室，其特征在于所述的燃油喷嘴为一端封闭的细管，在其一端侧壁上开有出油孔，形成径向喷射。
5.根据权利要求1所述的蒸发管式微小型发动机燃烧室，其特征在于所述的火焰筒外壁的孔的个数为50-70个，前端壁孔的个数为50-70个。
全文摘要
蒸发管式微小型发动机燃烧室，由燃烧室火焰筒内壁和外壁、3－12个T型蒸发管、燃油喷嘴组成，3－12个T型蒸发管沿燃烧室火焰筒的前端壁周向均匀排列，3－12个燃油喷嘴沿径向插至3－12个T型蒸发管内，在燃烧室火焰筒内壁、外壁和前端壁上打有多个孔，空气从燃烧室火焰筒内壁、外壁和前端壁进入燃烧室，利用切向进气在火焰筒头部形成稳定单个大涡。本发明使和空气混合更加均匀，燃烧更加稳定；主燃区的燃烧组织由于微发燃烧室的尺寸限制，采用一个大涡稳定火焰；总体设计使燃烧室主燃区提前，缩短燃烧室的长度。
文档编号F23R3/02GK1743735SQ200510086539
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者林宇震, 刘俊 申请人:北京航空航天大学