专利名称：一种值班火焰稳定器的制作方法
技术领域：
本发明涉及航空动力推进系统领域，尤其涉及一种值班火焰稳定器。
背景技术：
火焰稳定器是航空发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室的核心组件，它的结构和布局决定了燃烧室的点火性和火焰稳定性及燃烧效率。提高稳定器的燃烧性能，就是提高加力燃烧室的性能，从而提高发动机的总体性能。随现代航空发动机加力燃烧室技术的发展对火焰稳定器提出了更高的要求。特别是在燃烧室进口气流温度低、压力低、速度高的情况下，现有的火焰稳定器的点火可靠性变差、稳定工作范围变窄、燃烧效率不高，因此，需要发展新型的值班火焰稳定器。带加力燃烧室的航空发动机主要有涡喷发动机和涡扇发动机，弹用发动机主要是冲压发动机，冲压发动机燃烧组织原理与航空发动机加力燃烧室基本相同。但由于发动机的参数和性能的不同，使用的火焰稳定器型式也就不同。涡喷发动机加力燃烧室组织燃烧的特点，是进口气流温度高1000-1200K，燃油在火焰稳定器前方蒸发度可达80%以上，组织燃烧容易，加力燃烧室点火和供油分区转换不会影响压气机工作的稳定性，从小加力到全加力油气比变化范围小(0. 026-0. 055)，不要求软点火，不使用值班火焰稳定器就能满足发动机性能要求。因此，在侧重选择结构简单、重量轻、工艺性好的火焰稳定器，普遍采用V型火焰稳定器。涡扇发动机加力燃烧室组织燃烧的特点，存在内涵和外涵两股气流，内涵气流温度高，外涵气流温度低，温度差别较大。总体进口温度低，燃油在火焰稳定器前方的蒸发度只有5%左右，组织燃烧比较困难，燃烧稳定性问题突出，提高燃烧效率有困难，而且容易产生振荡燃烧。由于加力燃烧室点火时产生的压力突生能前传到风扇，在加力接通时引起风扇喘振，要求从小加力到全加力油气比变化范围宽(点火油气比一般为0. 002，全加力油气比可达0. 068)，所以必须采取软点火措施，通常在加力燃烧室内布置一圈环形值班火焰稳定器。冲压发动机由于没有压气机和涡轮，只有进气道、燃烧室、尾喷管，使得燃烧室的进口气流速度高、压力低(低压可达0.05Mpa)、温度低(500-800K)，从而造成点火困难、火焰稳定性和燃烧效率降低。因此，在冲压发动机燃烧室需要采用值班火焰稳定器，以改善点火性能和火焰稳定性，提高燃烧效率及发动机性能。在航空发动机和冲压发动机发展过程中主要使用以下几种稳定器V形火焰稳定器如图1所示，为二维槽型结构，稳定器的顶角在30-60°之间。其是加力燃烧室最广泛使用的稳定器，具有较好的火焰稳定性和简单的结构。主要缺点是工作范围窄，点火油气比高，低温低压下稳定性差。而在涡扇发动机中，当外涵温度低，燃油雾化不良时，易出现低频振荡燃烧。双V形火焰稳定器如图2所示，它由开口 V形稳定器S 13和一个小V形稳定器 Sll构成，两者之间形成连续缝隙S12。和常规V形火焰稳定器对比可使受损失系数下降25-30%，提高了点火性和燃烧效率，改善了贫油熄火性能，但不能满足软点火和低压下火焰稳定性的要求。薄膜蒸发V形火焰稳定器结构如图3所示，它由内V形火焰稳定器S34与外V形火焰稳定器S33、进气环(或进气管)S32和喷油杆S31等组成，内V形火焰稳定器S34与外 V形火焰稳定器S33之间形成缝隙。局部燃油通过喷油杆S31上小孔喷入进气环(或管) 内，和空气掺混，在稳定器壁面上形成油膜。所形成的油气混合物从稳定器后缘的间隙排出，进入回流区。由于局部供油可以控制，因而具有良好的点火性能和火焰稳定性，但总压损失系数比常规V形火焰稳定器略大。吸入式火焰稳定器如图4所示。它是在普通V型稳定器二个侧壁上，开出一些专门设计的进气口，让前方来的油气流分出一部分提前进入稳定器的背风处和回流区内。该稳定器具有设计简单和燃烧性能优良的特点，稳定燃烧边界扩宽，贫油状态下点火容易。英国斯贝值班火焰稳定器如图5所示，其工作原理是附加燃油S52喷向溅板S53， 与进入蒸发管S56的小股空气掺混形成富油混气，从蒸发管S56喷出。同时从稳定器顶部长方形小孔(S54，S55)引入的少量空气(S51，S57)与蒸发管喷出的富油混气掺混。由于蒸发管S56单独供油，稳定器内的小回流区受到V型稳定器的保护、荫蔽，保证稳定器的点火可靠与燃烧，起到值班火焰的作用。斯贝蒸发式火焰稳定器与常规V型火焰稳定器相比，优点是扩大了贫油状态的点火和稳定工作范围，提高燃烧效率，特别是在来流温度低和流速高时，优越性明显，其贫油点火油气比可小到0. 003。特种V型值班稳定器和一般V型值班稳定器不同之处为蒸发管装在小V型稳定器内，该小V型稳定器无进气孔，由小V型稳定器后缘和波纹形成间断缝隙进气。燃油从蒸发管进入，撞在溅板上，形成两态混气，从蒸发管出气孔喷入稳定器内，与稳定器波纹孔进入的空气掺混，形成可燃混气。利用小稳定器型形成的先锋火焰点燃主流混气，具有良好的点火性和火焰稳定性。值班火焰稳定器是涡扇发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室的核心部件，对决定发动机性能有重要影响。目前，认为斯贝值班稳定器比V型火焰稳定器、双V型火焰稳定器、薄膜蒸发V形火焰稳定器、吸入式火焰稳定器、特种V型值班稳定器具有更好的点火性能、火焰稳定性和燃烧效率，特别是低压性能优越。然而，在大量的燃烧实验中发现，斯贝值班稳定器在低压0. OSMpa和流速超过100m/S，就出现点火困难，火焰不稳定，伴有振荡燃烧等现象，特别是低温低压下其燃烧性能变差。随飞行器向更高的飞行领域发展，对值班火焰稳定器提出更高的要求，以适应更恶劣的燃烧工况，因此，需要研究新型的值班火焰稳定
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发明内容
本发明解决的技术问题在于解决发动机点火困难、火焰不稳定、伴有振荡燃烧等问题。为了解决以上问题，本发明提供一种值班火焰稳定器，包括雾化槽、喷油杆、蒸发管、稳定器侧壁、喷气孔；所述的雾化槽为具有一定壁厚的槽型结构件，置于蒸发管内，槽口指向下游，下游为喷油杆；所述的喷油杆上开有数个喷油孔，置于蒸发管内；所述的蒸发管为具有一定壁厚两侧带喷气孔的槽型结构件，外侧为稳定器侧壁；所述的稳定器侧壁为具有一定壁厚的两侧平板型结构件，两平板向下游具有一定的张角；雾化槽和蒸发管之间留有缝隙，缝隙在稳定器头部位置平齐；蒸发管和稳定器侧壁之间留有缝隙，缝隙在稳定器头部位置平齐；所述的喷气孔位于蒸发管两侧靠近底部；雾化槽、喷油杆、蒸发管通过一定间距的薄连接件固定。本发明实施例提供的一种值班火焰稳定器，充分利用雾化槽喷嘴改善燃油雾化蒸发和空间分布的优点，充分利用蒸发管改善燃油的蒸发和油气掺混作用，充分利用双V型稳定器提高燃烧效率和减小阻力的功能，具有更好的点火性、火焰稳定性和燃烧效率，特别是低温、低压、高速条件下，表现更优越的燃烧性能。
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中图1现有技术的V型火焰稳定器结构；图2现有技术的双V型火焰稳定器结构；图3现有技术的薄膜蒸发V型火焰稳定器结构；图4现有技术的吸入式火焰稳定器结构；图5现有技术的英国斯贝值班火焰稳定器结构；图6为缝隙式值班火焰稳定器方案一结构；图7为缝隙式值班火焰稳定器方案二结构。
具体实施例方式以下参照图1-7对本发明的实施例进行说明。为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。实施例1 一种值班火焰稳定器，包括雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3、稳定器侧壁4、喷气孔7 组成。雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3通过薄钢片焊接，安装在稳定器头部；雾化槽1顶部与蒸发管3顶部平齐，雾化槽1下游一定距离为喷油杆2，置于蒸发管3内，喷油杆2上游为雾化槽1，置于蒸发管3的底部；蒸发管3和稳定器侧壁4通过薄钢片焊接，蒸发管3的外侧为稳定器侧壁4。本发明采用雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3以薄钢片焊接，保证雾化槽1两侧与蒸发管3两侧内壁的间距相等，提供满足燃油雾化蒸发掺混要求的雾化槽和蒸发管之间的缝隙 (一次风)5，一次风5进口面积应略小于喷气孔7的总面积；雾化槽1的槽口指向下游，其与喷油杆2要有合适的间距，以保证在雾化槽1和喷油杆2之间形成合理的气流结构，有利于蒸发管3内的燃油雾化蒸发和掺混；喷油杆2置于蒸发管3的底部，其上的直流喷孔数目和孔径尺寸，既要满足供油系统的要求，又要考虑燃油均勻分布的要求；蒸发管3两侧各一排喷气孔7，其孔径的大小和数目应保证有效面积大于一次风5进口面积，以保证蒸发管内的油气混合物流率与一次风5的流率基本相当，从而使喷气孔7喷出的混合物气流喷至稳定器侧壁4，其喷出的油气混合物与蒸发管和稳定器侧壁之间的缝隙(二次风)6的气流掺混，在稳定器内及下游形成可燃的油气混合物；蒸发管3置于两侧稳定器侧壁4中间，两者头部平齐，形成两股缝隙式射流，与喷气孔7喷出的射流混气掺混，既要有利于稳定器的减阻，又要提高点火性和燃烧效率。实施例2 一种值班火焰稳定器，包括雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3、稳定器侧壁4、喷气孔7 组成。雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3通过薄钢片焊接，安装在稳定器头部；雾化槽1顶部与蒸发管3顶部平齐，雾化槽1下游一定距离为喷油杆2，置于蒸发管3内，喷油杆2上游为雾化槽1，置于蒸发管3的底部；蒸发管3和稳定器侧壁4的折边焊接，蒸发管3的外侧为稳定器侧壁4。本发明采用雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3以薄钢片焊接，保证雾化槽1两侧与蒸发管3两侧内壁的间距相等，提供满足燃油雾化蒸发掺混要求的雾化槽和蒸发管之间的缝隙 (一次风)5，一次风进口面积应略小于喷气孔7的总面积；雾化槽1的槽口指向下游，其与喷油杆2要有合适的间距，以保证在雾化槽1和喷油杆2之间形成合理的气流结构，有利于蒸发管3内的燃油雾化蒸发和掺混；喷油杆2置于蒸发管3的底部，其上的直流喷孔数目和孔径尺寸，既要满足供油系统的要求，又要考虑燃油均勻分布的要求；蒸发管3两侧各一排喷气孔7，其孔径的大小和数目应保证有效面积大于一次风5进口面积，以保证蒸发管内的油气混合物流率与一次风5的流率基本相当，使喷气孔7喷出的混合物气流与蒸发管和稳定器侧壁之间的圆孔(或方孔)(二次风)6的气流掺混，在稳定器内及下游形成可燃的油气混合物；蒸发管3与两侧稳定器侧壁4折边焊接，两者头部平齐，二次风圆孔(或方孔)6 射流与喷气孔7—一对应，两股气流撞击掺混，既要有利于稳定器的减阻，又要提高点火性和燃烧效率。本发明采用雾化槽1、喷油杆2、蒸发管3以焊接方式通过一定间距的薄连接件固定，保证雾化槽1两侧与蒸发管3两侧内壁的间距相等，提供满足燃油雾化蒸发掺混要求的一次风，一次风5进口面积应略小于喷气孔7的总面积；雾化槽2的槽口朝向下游，其与喷油杆2要有合适的间距，以保证在雾化槽1和喷油杆2之间形成合理的气流结构，有利于蒸发管3内的燃油雾化蒸发和掺混；喷油杆2置于蒸发管3的底部，其上的直流喷孔数目和孔径尺寸，既要满足供油系统的要求，又要考虑燃油均勻分布的要求；蒸发管3两侧共两排的喷气孔7，其孔径的大小和数目应保证有效面积大于一次风5进口面积，以保证蒸发管内燃油蒸发后的油气混合物与一次风5冲压进气的空气体积基本相当，从而使喷气孔7喷出的混合物气流喷至稳定器侧壁4，其喷出的油气混合物与二次风6的气流掺混，在稳定器内及下游形成可燃的油气混合物；蒸发管3置于两侧稳定器侧壁4内侧，两者上游部位平齐，形成的两股缝隙式射流，与喷气孔7喷出的射流混气掺混，既要有利于稳定器的减阻，又要改善油气掺混，提高点火性和燃烧效率。上述缝隙式值班火焰稳定器的工作过程如下在来流冲压进气的条件下，燃油通过喷油杆2向雾化槽1内直射式喷油，燃油在雾化槽1内壁面上撞击雾化，并在内壁上形成油膜。油膜经过翻越扩展蒸发，在雾化槽1边缘被一次风5雾化掺混，所形成的油气混合物在蒸发管3内进一步蒸发和掺混。油气混合物和蒸发管3内壁的油膜经蒸发管喷气孔7喷出而雾化，喷出的混气射流被高速二次风6气流雾化和掺混。大油珠会撞到稳定器内壁4， 被雾化和蒸发，这样就在稳定器回流区内形成了适合点火和稳定燃烧的可燃混合气。点火后，稳定器内的回流区就成为稳定的点火源，从而在值班火焰稳定器后方形成高速火炬。通过改变喷油杆2供油量，可以使稳定器适合多种燃烧工况的要求。从以上叙述可知，本发明综合了雾化槽喷嘴、蒸发管、缝隙式稳定器的优点，燃油在雾化槽1、蒸发管3和稳定器内经过多级雾化蒸发和掺混，改善了燃油雾化蒸发和掺混功能，从而在稳定器回流区内形成优良的可燃混气，扩展低压下的稳定工作范围。本发明通过合理设计，能够满足飞行器低空及高空低压下的燃烧要求。本发明的缝隙式值班火焰稳定器，适合发动机燃烧室进口温度350-800K，进口流速80-150m/s，压力0. 05-0. 2Mpa，稳定燃烧范围的油气比为0. 003-0. 068。该稳定器阻力小，燃油雾化蒸发和掺混质量高，提高了贫油点火性能、火焰稳定性和燃烧效率，特别适合高空低压下的燃烧工况，是涡扇发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室比较理想的值班火焰稳定器。如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种值班火焰稳定器，其特征在于包括雾化槽、喷油杆、蒸发管、稳定器侧壁、喷气孔；所述的雾化槽为具有一定壁厚的槽型结构件，置于蒸发管内，槽口指向下游，下游为喷油杆；所述的喷油杆上开有数个喷油孔，置于蒸发管内；所述的蒸发管为具有一定壁厚两侧带喷气孔的槽型结构件，外侧为稳定器侧壁；所述的稳定器侧壁为具有一定壁厚的两侧平板型结构件，两平板向下游具有一定的张角；雾化槽和蒸发管之间留有缝隙，缝隙在稳定器头部位置平齐；蒸发管和稳定器侧壁之间留有缝隙，缝隙在稳定器头部位置平齐；所述的喷气孔位于蒸发管两侧靠近底部；雾化槽、喷油杆、蒸发管通过一定间距的薄连接件固定。
2.如权利要求1所述一种值班火焰稳定器，其特征在于所述的稳定器进一步包括，位于所述的稳定器侧壁顶部，折向蒸发器的折边，其折边处与蒸发管连接，折边上开有一定数目的孔。
3.如权利要求2所述一种值班火焰稳定器，其特征在于所述折边上的孔为圆孔或方孔或缝。
4.如权利要求2所述一种值班火焰稳定器，其特征在于雾化槽和蒸发管之间缝隙进口面积略小于喷气孔的总面积。
5.如权利要求1至4之一所述一种值班火焰稳定器，其特征在于所述蒸发管两侧各有一排喷气孔。
6.如权利要求5所述一种值班火焰稳定器，其特征在于折边上的孔与喷气孔一一对应。
7.如权利要求1所述一种值班火焰稳定器，其特征在于雾化槽两侧与蒸发管两侧内壁的间距相等。
全文摘要
本发明公开了一种值班火焰稳定器，包括雾化槽、喷油杆、蒸发管、稳定器侧壁、喷气孔；雾化槽为具有一定壁厚的槽型结构件，置于蒸发管内，槽口指向下游，下游为喷油杆；所述的喷油杆上开有数个喷油孔，置于蒸发管内；蒸发管为具有一定壁厚两侧带喷气孔的槽型结构件，外侧为稳定器侧壁；稳定器侧壁为具有一定壁厚的两侧平板型结构件，两平板向下游具有一定的张角；雾化槽和蒸发管之间留有缝隙，缝隙在稳定器头部位置平齐；蒸发管和稳定器侧壁之间留有缝隙，缝隙在稳定器头部位置平齐；喷气孔位于蒸发管两侧靠近底部；能使用在航空发动机和冲压发动机中，提高点火性能、火焰稳定性和燃烧效率。
文档编号F23R3/20GK102519054SQ20121000403
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者郑殿峰 申请人:北京大学