专利名称：发动机小型预燃室的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧室点火装置，特别设计一种对点火性能要求较高的航空发动机主燃烧室、加力燃烧室等发动机燃烧室点火用的小型预燃室。
背景技术：
点火可靠性是发动机燃烧室性能的主要指标之一，点火方式分为两种，即直接点火和间接点火。直接点火常用电火花点火，间接点火常采用预燃室点火。预燃室点火的主要优点在于火炬能量大，但已有的预燃室点火系统结构比较复杂，尺寸较大、质量重，安装不方便。目前西方国家航空发动机基本采用直接点火方式，前苏联航空发动机多采用间接点火方式。但随着各国人们对污染问题的关注越来越高，火焰筒头部设计朝贫油方向发展； 加之新的替代燃料的使用，蒸发性能下降，这些都使航空发动机高空点火性能恶化，采用直接点火变得越来越困难。而设计出结构紧凑、性能可靠的预燃室是解决上述困难的途径之一。目前加力燃烧室预燃室点火器主要分为中心点火和旁路点火两类。如WP6、WP7采用的就是中心点火的预燃室，这种预燃室室容积大，是均勻混气的单相燃烧，火舌温度高，加力点火可靠性好； P25、J79发动机中都采用了旁路点火器，前者为单相燃烧，后者为两相燃烧，后者比前者的贫富油点火范围要宽一些。但无论哪种结构的燃烧室尺寸都比较大，长度都超过200mm，安装较麻烦，尤其针对尺寸要求小的航空发动机，现有技术的预燃室还不能满足装配要求。因此，针对目前国内外航空发动机主燃烧室、加力燃烧室等预燃室的不足，很有必要在现有技术的基础之上，设计一种结构紧凑，尺寸小，可以在宽广的来流马赫数范围内实现成功点火的新型预燃室。
发明内容
发明目的本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种结构设计合理、尺寸小，燃油的雾化效果好，点火稳定可靠，可以在宽广的来流马赫数范围内实现成功点火， 适用范围广泛的新型预燃室。技术方案为了实现以上目的，本发明所采取的技术方案为
一种发动机小型预燃室，它包括预燃室本体，在预燃室本体内安装有一级旋流器，二级旋流器，喷油杆和点火电嘴，所述的点火电嘴垂直安装在一级旋流器和二级旋流器的中心线上，喷油杆插入在和一级旋流器相连通的进油通道内，所述的一级旋流器包括蜗壳、旋流叶片，在旋流叶片出口处设有流动通道的喉道，所述的二级旋流器包括壳体、旋流叶片， 文氏管，在旋流叶片出口处设有流动通道的喉道，所述的一级旋流器上的旋流叶片和二级旋流器上的旋流叶片旋转方向相反。
作为优选方案，以上所述的发动机小型预燃室，在预燃室出口处设置有稳定火焰的帽罩，该帽罩能保证预燃室出口回流区的稳定，保证油气比分布满足着火条件，起到很好的稳定火焰作用。作为优选方案，以上所述的发动机小型预燃室，所述的一级旋流器上的旋流叶片和二级旋流器上旋流叶片均为6片。当然也可根据实际需要设计相应数目的旋流叶片，其中一级旋流器上的旋流叶片和二级旋流器上的旋流叶片旋转方向相反。燃油通过喷油杆以直射的方式喷入一级旋流器，在气动力作用下沿一级旋流器流动通道，在一级旋流器的六个旋流叶片上形成油膜，一级旋流器流动通道的喉道设计在旋流叶片出口处，因此在旋流叶片出口高速气流作用下油膜破碎成油珠，从一级旋流叶片射出的气流具有很大的周向速度，破碎的小油珠具有很好的跟随性，跟随气流一起向出口运动，这部分燃油占总燃油量很小；而较大的油珠被甩向外侧，在气动力和表面张力的作用下，在二级旋流器文氏管表面高速旋转展成薄油膜，而二级旋流器的叶片旋向与一级的相反，二级旋流器旋流叶片出口与文氏管出口处于同一截面，气流经过二级旋流器后获得高速旋流，在二级旋流叶片出口处破碎，被雾化的燃油以反方向旋转的方式从文氏管流出，起到很好的雾化燃油的效果，为燃油的充分燃烧实现稳定点火提供良好的条件。以上所述的发动机小型预燃室，其中一级旋流器具备三个方面的作用一是在旋流叶片出口处将部分燃油雾化，二是在旋转气流作用下使大部分燃油在二级旋流器文氏管上形成均勻油膜，三是旋转的气流会使中心压力低，形成轴向回流区，回流区内又存在经一级旋流部分雾化的燃油，这就为成功点火创造了条件。作为优选方案，以上所述的发动机小型预燃室，所述的一级旋流器和二级旋流器的流动通道的喉道面积比为4:9，本发明经过大量实验筛选一级旋流器和二级旋流器的流动通道的喉道面积比，实验结果表明，当一级旋流器和二级旋流器的流动通道的喉道面积比为4:9时，其中流过二级旋流器的气体流量大于一级旋流器，在预燃室出口下游会形成一对稳定的回流区，如图4所示。因此在出口处设置有保证回流区稳定的帽罩，如图5所示，点火电嘴点火处气流速度在(TlOm/s范围内，这就保证了点火成功的燃气流低速条件， 并且一级旋流叶片出口雾化燃油为预燃室点火成功提供需要的油气比。有益效果本发明提供的发动机小型预燃室与现有技术相比具有以下优点
1.发明提供的发动机小型预燃室，结构设计合理，能提供很好的燃油雾化和稳定低速点火区，本发明将双旋流气动雾化器与点火电嘴一体化设计，电嘴设计安装在双旋流气动雾化器的中心，使整个预燃室结构紧凑，尺寸小，便于安装，能广泛用于尺寸要求小的航空发动机、加力燃烧室的装配要求。2、发明提供的发动机小型预燃室，操作方便，通过性能检测结果表明，发明提供的发动机小型预燃室，在旋转气流的作用下，在点火点附近一直到稳焰帽罩出口处，形成了一对回流区，由于预燃室前后压差较大，形成的回流区不容易受到上游气流变化的影响，为预燃室稳定着火提供保证，并且实验结果表明本发明提供的小型预燃室可以在宽广的来流马赫数范围内实现成功点火，燃油的雾化效果好，且点火处燃气流速低能控制在0至lOm/s的速度内，点火稳定可靠；另外，本发明提供的发动机小型预燃室，燃油的SMD随空气量的增加而减小，但最终能稳定在10^1。
图1是本发明提供的发动机小型预燃室的结构示意图。图2是图1中沿A-A方向截面的结构示意图。图3是图1中沿B-B方向截面的结构示意图。图4是发动机小型预燃室内部流动特点检测的数值结果的平面流线图。图5是发动机小型预燃室内部流动特点检测的数值结果的平面速度等值线分布图。图6是实验测得的发动机小型预燃室的油珠SMD随空气、燃油流量比的变化规律图。图7是实验测得的发动机小型预燃室不同来流马赫数下的稳定点火范围分布图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例1
如图1、图2和图3所示，一种发动机小型预燃室，它包括预燃室本体1，在预燃室本体1内安装的一级旋流器2，二级旋流器3，喷油杆4和点火电嘴5，所述的点火电嘴5垂直安装在一级旋流器1和二级旋流器2的中心线上，喷油杆4插入在和一级旋流器2相连通的进油通道内，所述的一级旋流器2包括蜗壳2-1、旋流叶片2-2，在旋流叶片2-2出口处设有流动通道的喉道，所述的二级旋流器3包括壳体3-1、旋流叶片3-2，文氏管3-3，在旋流叶片3-2出口处设有流动通道的喉道，所述的一级旋流器2上的旋流叶片2-2和二级旋流器 3上的旋流叶片3-2旋转方向相反。以上所述的发动机小型预燃室，在预燃室出口处设置有稳定火焰的帽罩6。以上所述的发动机小型预燃室，所述的一级旋流器2上的旋流叶片2-2和二级旋流器3上旋流叶片3-2均为6片。且旋流叶片2-2和旋流叶片3-2旋转方向相反。以上所述的发动机小型预燃室，所述的一级旋流器2和二级旋流器3的流动通道的喉道面积比为4:9。实施例2
1、本发明提供的发动机小型预燃室的内部流动特点检测使用商业计算流体力学软件 fluente. 3，对预燃室进行了全三维数值模拟使用K_e紊流模型和SIMPLE算法，各参数的离散均采用二阶迎风格式，解收敛的标准为连续方程残差满足不大于10_6 ；进口设为压力边界条件(表压15000pa)，出口设为自由边界，即为环境压力。检测数值结果显示在旋转气流的作用下，在点火点附近一直到稳焰帽罩出口处，形成了一对回流区如图4所示，形成的回流区不容易受到上游气流变化的影响，使得该预燃室着火稳定；并且如图5所示，点火电嘴点火处气流速度在0至lOm/s范围内，为点火成功创造了良好的燃气流低速条件。2、为了表征本发明提供的发动机小型预燃室双旋流气动雾化器对燃油的雾化性能，本发明实验检测了双旋流气动雾化器对航空煤油的雾化特性，如图6实验结果表明燃油的SMD可达到10 !值左右。3、本发明还进行了点火范围实验，如图7实验结果表明本发明提供的发动机小型预燃室可在很宽的马赫数范围内实现成功点火；当马赫数为0. 62时，预燃室的点火范围最宽。本发明提供的发动机小型预燃室实际工作时首先根据发动机燃烧室的实际工作范围以及油压泵的工作能力，设计适合喷油杆4的喷口面积，设计的原则油束要成束喷入， 且速度越小越好以免溅起。在发动机工作达到需要的状态时，点火电嘴5开始供电点火，点火电嘴5点火能量 50mJo燃油通过喷油杆4以直射的方式喷入一级旋流器2，在气动力作用下沿一级旋流器2流动通道，在一级旋流器2的六个旋流叶片2-2上形成油膜，一级旋流器2流动通道的喉道设计在旋流叶片2-2出口处，因此在旋流叶片2-2出口高速气流作用下油膜破碎成油珠，从一级旋流叶片2-2射出的气流具有很大的周向速度，破碎的小油珠具有很好的跟随性，跟随气流一起向出口运动，这部分燃油占总燃油量很小；而较大的油珠被甩向外侧，在气动力和表面张力的作用下，在二级旋流器3文氏管3-3表面高速旋转展成薄油膜，而二级旋流器的旋流叶片3-3旋向与一级旋流器2的旋流叶片2-2的旋向相反，二级旋流器3旋流叶片3-2出口与文氏管3-3出口处于同一截面，气流经过二级旋流器3后获得高速旋流， 在二级旋流叶片3-2出口处破碎，被雾化的燃油以反方向旋转的方式从文氏管3-3流出，起到很好的雾化燃油的效果，为燃油的充分燃烧实现稳定点火提供良好的条件。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种发动机小型预燃室，其特征在于，它包括预燃室本体(1)，在预燃室本体(1) 内安装有一级旋流器0)，二级旋流器(3)，喷油杆(4)和点火电嘴(5)，所述的点火电嘴 (5)垂直安装在一级旋流器(1)和二级旋流器( 的中心线上，喷油杆(4)插入在和一级旋流器( 相连通的进油通道内，所述的一级旋流器( 包括蜗壳0-1)、旋流叶片0-2)，在旋流叶片0-2)出口处设有流动通道的喉道，所述的二级旋流器C3)包括壳体(3-1)、旋流叶片(3-2)，文氏管(3-3)，在旋流叶片(3- 出口处设有流动通道的喉道，所述的一级旋流器( 上的旋流叶片(2- 和二级旋流器C3)上的旋流叶片(3- 旋转方向相反。
2.根据权利要求1所述的发动机小型预燃室，其特征在于，在预燃室出口处设置有稳焰帽罩(6)。
3.根据权利要求1所述的发动机小型预燃室，其特征在于，所述的一级旋流器( 上的旋流叶片(2-2)和二级旋流器(3)上旋流叶片(3-2)均为6片。
4.根据权利要求1至3任一项所述的发动机小型预燃室，其特征在于，所述的一级旋流器( 和二级旋流器(3)的流动通道的喉道面积比为4:9。
全文摘要
本发明公开了一种发动机小型预燃室，它包括预燃室本体(1)，在预燃室本体(1)内安装有了一级旋流器(2)、二级旋流器(3)，喷油杆(4)和点火电嘴(5)，所述的点火电嘴(5)垂直安装在一级旋流器(1)和二级旋流器(2)的中心线上，喷油杆(4)插入在和一级旋流器(2)相连通的进油通道内，所述的一级旋流器(2)包括蜗壳(2-1)、旋流叶片(2-2)，所述的二级旋流器(3)包括蜗壳(3-1)、旋流叶片(3-2)，文氏管(3-3)，旋流叶片(2-2)和旋流叶片(3-2)旋转方向相反。本发明提供的发动机小型预燃室，能提供很好的燃油雾化和稳定低速点火区，整个预燃室结构紧凑，尺寸小，可以在宽广的来流马赫数范围内实现成功点火，适用范围广泛。
文档编号F23R3/58GK102519056SQ20111044088
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者宫继双, 张靖周, 王家骅, 程晓军, 范育新, 高超, 齐海帆 申请人:南京航空航天大学