专利名称：含导流装置的微型短环直流燃烧室的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是ー种含导流装置的微型短环直流燃烧室，属于微小空间燃烧技术领域。
背景技术：
微型涡轮发动机(MTE)重量轻、功率大、能量密度高，可作为各种微小型导弹、无人机、乃至未来单兵飞行器的推进系统，是ー种具有很好应用前景的新兴喷气推进动カ装置。目前，国内外均已研制出了实用的机型，并且国外已将之投入了实用。MTE还可用于发电装置，例如与燃料电池结合，构成高能量密度的分布式电源系统，具有热效率高、污染物排放量小等优点。微型涡喷发动机设计具有不同于常规发动机的特殊性微型化而产生的低雷诺数 流动、燃烧驻留时间短、制造エ艺限制等问题对MTE的主要部件的设计和工作特性都产生了显著的影响。燃烧室作为微型涡喷发动机的三大部件之一，在微型化的条件下，其设计难点主要体现在以下几个方面1)体积小，长度短，燃料难以完全燃烧；2)进ロ气流温度低，压カ小，燃烧室内部空间小造成燃油雾化蒸发较为困难；3)各个部件特征尺寸小，装配和加エ误差对燃烧室性能影响大。如何设计微型燃烧室才能有效的将燃油的化学能转换为热能是微型发动机发展中面临的首要问题。考察常规燃烧室的性能指标主要有燃烧效率；起动点火和高空再点火；贫油熄火特性；总压损失系数；出口温度分布；排气污染；耐久性；燃烧不稳定性；尺寸与结构；1维护性。在微型化的条件下，主要考虑燃烧室的以下性能指标燃烧效率、贫油熄火特性、总压损失系数、出口温度分布、尺寸与结构。其中燃烧效率是ー个表示在燃烧室中燃烧时，化学能释放程度和热能利用程度的经济指标；燃烧室的稳定工作范围，指燃烧室能够稳定工作的參数范围；总压损失是指气流流过燃烧室后，由于气体粘性，导致在流动过程中气流总压降低；出口温度分布主要有热点指标来评价即燃烧室出口的温度最大值超出平均值的量与燃烧室温升之比；尺寸与结构通常以燃烧室的长高比来衡量，燃烧室长高比在燃烧室其他性能相同的情况下，长高比越小意味燃烧室越是紧凑，其综合性能越先迸。
发明内容本实用新型提出的是ー种含导流装置的微型短环直流燃烧室，针对微型涡喷发动机或微型涡扇发动机及微小型热电联产装置的需求。本实用新型的技术解决方案其特征是燃烧室外套筒与燃烧室内套筒内设有燃烧室外环通道和燃烧室内环通道，燃烧室外环通道与燃烧室内环通道内设有火焰筒、外壁、内壁、前端面、蒸发管、导流装置、后端面，其中在火焰筒头部有占火焰筒流通面积为6%高度的导流板，该导流板距前端面距离为火焰筒高度的I. 5倍，前端面连接内壁、外壁，蒸发管是U型蒸发管，前端面设在燃烧室进ロ，后端面设在燃烧室出ロ。本实用新型的优点1)在外壁、内壁、后端面都采用圆孔作为射流孔。为使燃烧室头部油气比达到燃烧的最佳状态，需要在其内部合理分布气流流量，并进行流场控制，在外壁面安装导流板为流场控制提供极为有利的条件。2)在导流板与前端面之间，通过火焰筒内外壁上圆孔孔径的大小、数量、位置的分布来控制燃烧室头部空气流量。各个圆形射流配合蒸发管射流在燃烧室头部形成适于燃料反应的角涡结构。在导流板后至燃烧室出口，主要在内外壁布置较大射流孔，其主要作用为将未反应完全的燃料继续燃烧，并对出口前的高温燃气进行掺混，尽量减小周向不同出口位置的燃气温差。由此增强了燃烧室的紧凑性指标。头部空气流量占总空气流量的20% 30%，外壁占燃烧室进ロ空气流量的65% 75%，内壁占燃烧室进ロ空气流量的25% 30%，蒸发管流量占燃烧室进ロ空气流量的4% 6%左右。角涡结构的体积占燃烧室内部总体积的30% 40%。3)紧挨导流板之前的射流的轨迹与外壁角度明显増大。由此以来増大了下游气流回流头部的比例，有利于头部燃料的充分燃烧。所述的前端面I连接内壁5、外壁，蒸发管4，并对微型燃烧室内外通道进行流量分配；所述的外壁2提供燃烧室内部气流流场结构形成的主要射流流量；所述的导流装置 3对燃烧室头部空气流向按照设计需要进行约束；所述的蒸发管4对燃料进行雾化和蒸发；所述的内壁5配合外壁射流，形成初始设计流场；所述的后端面6对燃烧室出口高温流体进行导流，形成尽量均匀出ロ流场，同时配合内外壁射流形成初始设计流场。
图I微型燃烧室结构图。图2微型燃烧室单周期三维结构示意图。
具体实施方式对照附图I、2，其结构是燃烧室外套筒与燃烧室内套筒内设有燃烧室外环通道和燃烧室内环通道，燃烧室外环通道与燃烧室内环通道内设有火焰筒、外壁2、内壁5、前端面I、U型蒸发管4、导流板3、后端面6。燃烧室外、内套筒直径分别为12cm和2. 4cm。火焰筒直径分别为Ilcm和4. 8cm,火焰筒长度为7cm ;微型环形燃烧室采用圆孔射流，为使火焰筒头部油气比达到燃烧的最佳状态，需要合理分布气流流量，在火焰筒内外壁和前端面开孔，通过孔径的大小和数量的分布达到控制射流流量的目的。头部空气流量占总空气流量的20% 30%，外壁占燃烧室进ロ空气流量的65% 75%，内壁占燃烧室进ロ空气流量的25% 30%，蒸发管占燃烧室进ロ空气流量的5 %左右。角涡结构的体积占燃烧室内部总体积的30% 40%。本文在火焰筒内外壁各分布5排射流孔，周向均布24个和12个不等；火焰筒前端面周向均布24个进气孔和6根U型蒸发管，如图2所示。该方案中导流措施为在外环距离前端面3. 8cm设置高度为0. 3cm的导流板，其截面为L型；经过试验检测燃烧室的燃烧效率在12cm涡喷发动机设计流量范围内最高可达95%，总压回复系数き95%，温度分布系数值范围为0. 35 0. 5 ;导流板后孔分布范围为3mm 6mm,火焰筒头部孔直径< 3mm,最后排孔位I. 5 2mm掺混孔。
权利要求1.含导流装置的微型短环直流燃烧室，其特征是燃烧室外套筒与燃烧室内套筒内设有燃烧室外环通道和燃烧室内环通道，燃烧室外环通道与燃烧室内环通道内设有火焰筒、夕卜壁、内壁、前端面、蒸发管、导流装置、后端面，其中在火焰筒头部有占火焰筒截面积为6%高度的导流装置，该导流装置距前端面距离为火焰筒高度的I. 5倍，前端面连接内壁、外壁，蒸发管是U型蒸发管，前端面设在燃烧室进ロ，后端面设在燃烧室出ロ。
2.根据权利要求I所述的含导流装置的微型短环直流燃烧室，其特征是火焰筒头部孔直径く 3mm,导流板后孔分布范围为3mm 6mm,最后排孔位I. 5 2mm掺混孔。
3.根据权利要求2所述的含导流装置的微型短环直流燃烧室，其特征是火焰筒头部空气流量占总空气流量的20% 30%，外壁射流孔流量占燃烧室进ロ空气流量的65% 75%，内壁射流孔流量占燃烧室进ロ空气流量的25% 30%，蒸发管流量占燃烧室进ロ空气流量的5 %，角涡结构的体积占燃烧室内部总体积的30% 40%。
专利摘要本实用新型是含导流装置的微型短环直流燃烧室，其结构是机匣与燃烧室外壁间设燃烧室外环通道，轴套与燃烧室内壁间设燃烧室内环通道。燃烧室机匣与轴套截面内设外壁、内壁、前端面、蒸发管、导流装置、后端面，在火焰筒头外壁安装导流板，导流板距前端面距离为火焰筒高度的1.4～1.6倍，前端面连接内壁、外壁，蒸发管，前端面设在燃烧室进口，后端面设在燃烧室出口。优点内、外壁设置有简单圆形射流孔，通过在外壁内侧安装导流装置，配合蒸发管射流形成较为典型的角涡结构来稳定火焰，使燃烧室熄火流量增大；在相同的设计指标下燃烧室结构紧凑性指标比同类燃烧室显著提高，应用在微型涡喷发动机时有利于提高整机性能。
文档编号F23R3/16GK202392831SQ201120410328
公开日2012年8月22日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者姚尚宏, 蔡文哲, 雷雨冰 申请人:南京航空航天大学