本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种发动机的环形燃烧室。
背景技术
高推重比是军用航空发动机不懈追求的目标，其决定了飞机的机动性能。目前，主要采用提高热力循环的方式来满足航空发动机的高推重比需求，其主要做法是提高发动机的燃烧室出口温度，而提高燃烧室出口温度可通过提高燃烧室的油气比来实现。
在航空发动机中，通常进入航空发动机的空气，一部分通过燃烧室头部的入口进入燃烧室中并直接参与燃烧，其余空气通过位于燃烧室壁面上的各种孔缝进入，用于掺混、冷却等。
传统的燃烧室，由于各路空气的分配不可调节，对于此类燃烧室如果直接通过增加燃油流量来增大油气比，则燃烧室的主燃区发生富油燃烧，造成大量碳烟等污染物生成甚至熄火，燃油经济性显著降低。如果增大头部进气量，使得在设计状态下，燃烧区能够保持当量燃烧，那么，在慢车状态下，由于燃油流量降低，主燃区发生极贫燃燃烧，燃烧室会冒白烟，发生贫燃熄火现象。
技术实现要素：
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种发动机的环形燃烧室，其空气流量的分配可调，扩大了燃烧室稳定工作的总空气量与燃油量的油气比范围，满足发动机在不同工作状态下对燃烧室出口温度的需求。
为了实现上述目的，本发明提供了一种发动机的环形燃烧室，环形燃烧室包括：壳体组件、内衬体组件、调节组件以及油路组件。壳体组件具有连通于外部大气的空气入口，且壳体组件的头部形成环形燃烧室的头部气流通道，头部气流通道连通于空气入口。内衬体组件固定设置于壳体组件内并沿轴向位于头部气流通道下游，且内衬体组件形成环形燃烧室的燃烧腔。调节组件包括：多个调节片，沿环形燃烧室的周向间隔布置，且各调节片设置于内衬体组件的头部并转动连接于内衬体组件；以及驱动机构，固定连接于各调节片并带动各调节片相对内衬体组件转动以调节相邻两个调节片之间的间隔大小。油路组件连通于燃烧腔并向燃烧腔内供入燃油。其中，头部气流通道经由调节组件的相邻两个调节片之间的间隔连通于燃烧腔并向燃烧腔内供入空气，且头部气流通道经由所述间隔向燃烧腔内供入的空气与油路组件向燃烧腔内供入的燃油混合并参与燃烧。
壳体组件包括：外壳体；以及内壳体，固定连接于外壳体。内衬体组件位于外壳体与内壳体之间，调节组件的驱动机构固定于壳体组件的外壳体。
内衬体组件包括：第一衬体，位于外壳体与内壳体之间；以及第二衬体，位于第一衬体与内壳体之间。内衬体组件的第一衬体与第二衬体形成环形燃烧室的燃烧腔，第一衬体与外壳体形成环形燃烧室的外环气流通道，第二衬体与内壳体形成环形燃烧室的内环气流通道。头部气流通道连通于外环气流通道和内环气流通道。
各调节片具有：主体部；第一安装部，沿环形燃烧室的径向突出于主体部；以及第二安装部，沿环形燃烧室的径向突出于主体部并与第一安装部相对设置。各调节片的主体部位于内衬体组件的头部内，第一安装部转动连接于内衬体组件的第一衬体，且第一安装部的一部分伸出第一衬体并固定连接于驱动机构，第二安装部转动连接于内衬体组件的第二衬体。
驱动机构包括：多个第一传动臂，各第一传动臂固定连接于对应一个调节片并带动对应的调节片转动；联动环，铰接于所述多个第一传动臂并带动各第一传动臂转动；第二传动臂，铰接于联动环并带动联动环转动；以及动力源，铰接于第二传动臂并带动第二传动臂转动。
第二传动臂具有：第一连接臂；以及第二连接臂。第一连接臂的一端铰接于联动环，第一连接臂的另一端固定连接于第二连接臂。第二连接臂的一端固定连接于第一连接臂的所述另一端，第二连接臂的另一端铰接于动力源。驱动机构还包括：支撑座，固定于壳体组件的外壳体，且支撑座在第一连接臂和第二连接臂的连接处铰接于第二传动臂。
动力源包括：缸体，固定于壳体组件的外壳体；活塞杆，铰接于第二传动臂；以及电磁阀。电磁阀控制活塞杆相对缸体进行伸缩运动，第二传动臂在活塞杆的作用下转动并带动联动环沿环形燃烧室的周向转动。
环形燃烧室还包括：旋流器，固定设置于第一衬体和第二衬体之间；以及点火器，固定于内衬体组件。旋流器沿轴向位于调节组件的所述多个调节片的下游并将燃烧腔分为储气段和燃烧段。储气段通过调节组件的相邻两个调节片之间的间隔连通于头部气流通道，且储气段通过旋流器向燃烧段内供入空气。点火器沿轴向位于旋流器的下游并对燃烧段内的燃油和空气进行点火。
所述多个调节片包括多个第一调节片和多个第二调节片，各第二调节片沿轴向贯通设置有安装孔。油路组件包括：喷油管，穿设于第二调节片的安装孔；以及喷嘴，连通于喷油管。喷嘴固定于旋流器，且喷嘴连通于燃烧腔的燃烧段以向燃烧段内供入燃油。
环形燃烧室还包括：第一挡板，沿轴向位于旋流器的下游并密封连接第一衬体与外壳体；以及第二挡板，沿轴向位于旋流器的下游并密封连接第二衬体与内壳体。第一衬体具有：第一贯通孔，设置于第一衬体的处于旋流器与第一挡板之间的部分，且第一贯通孔连通于外环气流通道和燃烧腔的燃烧段。第二衬体具有：第二贯通孔，设置于第二衬体的处于旋流器与第二挡板之间的部分，且第二贯通孔连通于内环气流通道和燃烧腔的燃烧段。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的发动机的环形燃烧室中，针对发动机的不同工作状态，环形燃烧室可通过调节组件的驱动机构调节相邻两个调节片之间的间隔大小，由此使得头部气流通道经由所述间隔向燃烧腔内供入的空气量与油路组件向燃烧腔内供入的燃油量相匹配，从而使得燃烧腔内参与燃烧的空气量与燃油量始终保持在化学当量比附近，扩大了燃烧室稳定工作的总空气量与燃油量的油气比范围，进而可以满足发动机在不同工作状态下对燃烧室出口温度的需求，提高了发动机的工作稳定性。
附图说明
图1是根据本发明的发动机的环形燃烧室的内部结构示意图，其中箭头表示气体的流动方向。
图2是图1中的调节片与驱动机构的第一传动臂和联动环的连接示意图。
图3是调节组件的调节片沿环形燃烧室的周向分布示意图。
图4是相邻两个调节片之间的间隔处于最小时的调节组件的整体结构示意图。
图5是相邻两个调节片之间的间隔处于最大时的调节组件的整体结构示意图。
图6是第二传动臂的结构示意图。
图7是沿图6中的a-a线切分后的截面示意图。
其中，附图标记说明如下：
1壳体组件3243电磁阀
11外壳体3244出油管
12内壳体325第一衬套
2内衬体组件326滚珠轴承
21第一衬体327连接销钉
211第一贯通孔328第二衬套
22第二衬体329支撑座
221第二贯通孔4油路组件
3调节组件41喷油管
31调节片42喷嘴
311主体部5轴套
312第一安装部6旋流器
313第二安装部7点火器
314安装孔8第一挡板
32驱动机构9第二挡板
321第一传动臂b扩压器
322联动环a1头部气流通道
323第二传动臂a2外环气流通道
3231第一连接臂a3内环气流通道
3232第二连接臂s燃烧腔
324动力源s1储气段
3241缸体s2燃烧段
3242活塞杆d径向
3245进油管c轴向
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的发动机的环形燃烧室。
参照图1，根据本发明的发动机的环形燃烧室包括：壳体组件1、内衬体组件2、调节组件3、油路组件4、轴套5、旋流器6、点火器7、第一挡板8、第二挡板9以及扩压器b。
壳体组件1具有连通于外部大气的空气入口，且壳体组件1的头部形成环形燃烧室的头部气流通道a1，头部气流通道a1连通于空气入口。
内衬体组件2固定设置于壳体组件1内并沿轴向c处于头部气流通道a1的下游，且内衬体组件2形成环形燃烧室的燃烧腔s。
调节组件3可包括多个调节片31以及驱动机构32。调节组件3的所述多个调节片31沿环形燃烧室的周向间隔布置，且各调节片31设置于内衬体组件2的头部并转动连接于内衬体组件2。驱动机构32固定连接于各调节片31并带动各调节片31相对内衬体组件2转动以调节相邻两个调节片31之间的间隔大小。
油路组件4连通于燃烧腔s并向燃烧腔s内供入燃油。其中，发动机在不同工作状态下，油路组件4向燃烧腔s内供入的燃油量不同。
头部气流通道a1经由调节组件3的相邻两个调节片31之间的间隔连通于燃烧腔s并向燃烧腔s内供入空气，且头部气流通道a1经由所述间隔向燃烧腔s内供入的空气与油路组件4向燃烧腔s内供入的燃油混合并参与燃烧。
这里需要说明的是，调节组件3的相邻两个调节片31之间的间隔大小即为头部气流通道a1向燃烧腔s内供入空气时的进气截面大小。具体地，在驱动机构32的作用下，当相邻两个调节片31之间的间隔减小时，头部气流通道a1经由所述间隔向燃烧腔s内供入的空气量相应地减少；而当相邻两个调节片31之间的间隔增大时，头部气流通道a1经由所述间隔向燃烧腔s内供入的空气量相应地增多。
在根据本发明的发动机的环形燃烧室中，针对发动机的不同工作状态，环形燃烧室可通过调节组件3的驱动机构32调节相邻两个调节片31之间的间隔大小，由此使得头部气流通道a1经由所述间隔向燃烧腔s内供入的空气量与油路组件4向燃烧腔s内供入的燃油量相匹配，从而使得燃烧腔s内参与燃烧的空气量与燃油量始终保持在化学当量比附近，扩大了燃烧室稳定工作的总空气量与燃油量的油气比范围，进而可以满足发动机在不同工作状态下对燃烧室出口温度的需求，提高了发动机的工作稳定性。此外，本发明的发动机的环形燃烧室尤其适用于高推重比发动机所需的高温升燃烧室。
由于壳体组件1是环形燃烧室的主要的承力框架，其可由强度较高的材料制成。参照图1，壳体组件1可包括：外壳体11；以及内壳体12，固定连接于外壳体11。内衬体组件2位于外壳体11与内壳体12之间，调节组件3的驱动机构32固定于壳体组件1的外壳体11。
由于内衬体组件2是环形燃烧室的承温单元，其可由耐热材料制成。参照图1，内衬体组件2可包括：第一衬体21，位于外壳体11与内壳体12之间；以及第二衬体22，位于第一衬体21与内壳体12之间。内衬体组件2的第一衬体21与第二衬体22形成环形燃烧室的燃烧腔s，第一衬体21与外壳体11形成环形燃烧室的外环气流通道a2，第二衬体22与内壳体12形成环形燃烧室的内环气流通道a3。其中，头部气流通道a1连通于外环气流通道a2和内环气流通道a3。
当外部空气经由空气入口进入头部气流通道a1后会分成形成三路流通，即头部气流通道a1中的一部分空气经由相邻两个调节片31之间的间隔流向环形燃烧室的燃烧腔s中并参与燃烧、一部分空气流向外环气流通道a2中以用于掺混或冷却第一衬体21与外壳体11、一部分空气流向内环气流通道a3中以用于掺混或冷却第二衬体22与内壳体12。
在调节组件3的驱动机构32的作用下，当相邻两个调节片31之间的间隔发生变化时，头部气流通道a1经由相邻两个调节片31之间的间隔向燃烧腔s内供入的空气量发生变化，此时头部气流通道a1流向外环气流通道a2和内环气流通道a3的空气量也发生变化，从而实现环形燃烧室的不同流道内的空气流量的分配，使得燃烧室出口温度的变化范围更宽，可满足不同工作状态下发动机对燃烧室出口温度的需求。
参照图2和图3，调节组件3的各调节片31可具有：主体部311；第一安装部312，沿环形燃烧室的径向d突出于主体部311；以及第二安装部313，沿环形燃烧室的径向d突出于主体部311并与第一安装部312相对设置。其中，各调节片31的主体部311位于内衬体组件2的头部内，第一安装部312转动连接于内衬体组件2的第一衬体21，且第一安装部312的一部分伸出第一衬体21并固定连接于驱动机构32，第二安装部313转动连接于内衬体组件2的第二衬体22。
具体地，第一衬体21可设置有第一连接孔，第二衬体22可设置有第二连接孔。两个轴套5分别固定设置于第一衬体21的第一连接孔和第二衬体22的第二连接孔中。各调节片31的第一安装部312和第二安装部313分别插入对应的轴套5中，各调节片31在驱动机构32的作用下相对轴套5转动。其中，第一连接孔可为通孔，第二连接孔可为通孔或盲孔。
这里，轴套5的设置，使得各调节片31不与内衬体组件2直接接触，从而在各调节片31的转动过程中，减少了各调节片31与内衬体组件2之间的相互磨损。
参照图1、图2以及图4至图7，驱动机构32可包括多个第一传动臂321、联动环322、第二传动臂323、动力源324、第一衬套325、多个滚珠轴承326、多个连接销钉327、多个第二衬套328以及支撑座329。
动力源324为驱动机构32提供最原始的动力，动力源324连接于第二传动臂323并带动第二传动臂323转动。具体地，参照图4和图5，动力源324可包括：缸体3241，固定于壳体组件1的外壳体11；活塞杆3242，铰接于第二传动臂323；以及电磁阀3243。电磁阀3243控制活塞杆3242相对缸体3241进行伸缩运动。第二传动臂323连接于动力源324的活塞杆3242并在活塞杆3242的作用下转动。
进一步参照图4和图5，动力源324还可包括：出油管3244，连通于缸体3241；以及进油管3245，连通于缸体3241。
这里需要说明的是，动力源324的电磁阀3243与发动机的控制系统相连，其通过控制进入和流出缸体3241的油量来调节缸体3241内的油压，进而控制活塞杆3242的伸缩运动。
在进行发动机的环形燃烧室的设计时，可以根据头部气流通道a1向燃烧腔s内供入空气时的进气截面大小与活塞杆3242的长度关系，推算出头部进气量与缸体3241油压之间的关系，再根据头部进气量与油路组件4的供油量的关系，进一步推算出缸体3241油压与油路组件4的供油压力之间的关系。因此，通过适当设计调节组件3的几何结构，以使两者保持线性关系，从而可实现发动机的环形燃烧室的空气流量分配的自动调节，减小控制规律的复杂度。
第二传动臂323固定连接于联动环322并带动联动环322转动。具体地，参照图4至图7，可具有：第一连接臂3231；以及第二连接臂3232。第一连接臂3231的一端铰接于联动环322，第一连接臂3231的另一端固定连接于第二连接臂3232。第二连接臂3232的一端固定连接于第一连接臂3231的所述另一端，第二连接臂3232的另一端铰接于动力源324的活塞杆3242。支撑座329固定于壳体组件1的外壳体11，且支撑座329在第一连接臂3231和第二连接臂3232的连接处铰接于第二传动臂323。其中，第二传动臂323的第一连接臂3231和第二连接臂3232在动力源324的活塞杆3242的作用下整体相对支撑座329进行枢转转动，且联动环322在第一连接臂3231的作用下沿环形燃烧室的周向转动。
第二连接臂3232与第一连接臂3231之间的夹角可为直角，但不仅限于此，其可根据调节规律进行具体设计。这里需要说明的是，“第二连接臂3232与第一连接臂3231之间的夹角”是指第二连接臂3232的轴线与第一连接臂3231的轴线之间的夹角，如图6所示。
联动环322铰接于所述多个第一传动臂321并带动各第一传动臂321转动。具体地，参照图2，联动环322可通过多个滚珠轴承326以及多个连接销钉327铰接于所述多个第一传动臂321。其中，多个滚珠轴承326沿联动环322的周向间隔分布，且各滚珠轴承326嵌入联动环322中。各连接销钉327的一端与对应的滚珠轴承326配合，另一端穿设于对应的第一传动臂321并通过螺母n固定于该第一传动臂321。其中，联动环322带动各滚珠轴承326运动，而各滚珠轴承326带动对应的连接销钉327转动，而各第一传动臂321随着对应的连接销钉327一起转动。
第二衬套328固定设置于各连接销钉327的所述另一端与对应的第一传动臂321之间。
各第一传动臂321固定连接于对应一个调节片31并带动对应的调节片31转动。具体地，参照图2，各调节片31的第一安装部312穿设于对应的第一传动臂321并通过螺母n固定于该第一传动臂321。
第一衬套325固定设置于各调节片31的第一安装部312与对应的第一传动臂321之间。
参照图1，旋流器6固定设置于第一衬体21和第二衬体22之间，且旋流器6沿轴向c位于调节组件3的所述多个调节片31的下游并将燃烧腔s分为储气段s1和燃烧段s2。具体地，旋流器6的周向外侧和周向内侧分别固定于第一衬体21和第二衬体22。
储气段s1通过调节组件3的相邻两个调节片31之间的间隔连通于头部气流通道a1，且储气段s1通过旋流器6向燃烧段s2内供入空气。当储气段s1内的空气流经旋流器6时，基于旋流器6的旋转作用，使得旋流器6周围产生低压区，由此造成部分气流回流，从而有助于强化本发明的发动机的环形燃烧室的稳定燃烧过程。
旋流器6可沿周向间隔设置为多个(如20个)，而多个旋流器6可等间隔分布，且旋流器6的数量与下文所述的油路组件4的喷嘴42的数量一致。
点火器7固定于内衬体组件2，且点火器7沿轴向c位于旋流器6的下游并对燃烧段s2内的燃油和空气进行点火。
参照图3，各调节片31可为具有一定厚度的扇形结构，且所述多个调节片31包括多个第一调节片和多个第二调节片。其中，第一调节片和第二调节片的结构不同，各第二调节片31沿轴向c贯通设置有安装孔314，而各第一调节片为无孔结构。
参照图1，油路组件4可包括：喷油管41，穿设于第二调节片的安装孔314；以及喷嘴42，连通于喷油管41。喷嘴42固定于旋流器6，且喷嘴42连通于燃烧段s2并向燃烧段s2内供入燃油。其中，喷油管41中的燃油进入喷嘴42后被喷嘴42雾化为具有一定空间分布的液雾、并经由喷嘴42喷入燃烧段s2内参与燃烧。
由于环形燃烧室可通过调节组件3的驱动机构32调节相邻两个调节片31之间的间隔大小来调节头部进气量，因而无需通过增加喷油管41和喷嘴42的数量来进行分级燃烧，从而使得环形燃烧室的结构更简单、紧凑。
参照图1，第一挡板8沿轴向c位于旋流器6的下游并密封连接第一衬体21与外壳体11。第一衬体21可具有：第一贯通孔211，设置于第一衬体21的处于旋流器6与第一挡板8之间的部分，且第一贯通孔211连通于外环气流通道a2和燃烧腔s的燃烧段s2。由于第一挡板8密封连接第一衬体21与外壳体11，从而外环气流通道a2中的空气可以顺利并全部经由第一贯通孔211进入燃烧段s2的后部中，其不直接参与燃烧，而是与燃烧后的高温气体进行掺混并冷却第一衬体21与外壳体11。
参照图1，第二挡板9沿轴向c位于旋流器6的下游并密封连接第二衬体22与内壳体12。第二衬体22可具有：第二贯通孔221，设置于第二衬体22的处于旋流器6与第二挡板9之间的部分，且第二贯通孔221连通于内环气流通道a3和燃烧腔s的燃烧段s2。由于第二挡板9密封连接第二衬体22与内壳体12，从而内环气流通道a3中的空气可以顺利并全部经由第二贯通孔221进入燃烧段s2的后部中，其不直接参与燃烧，而是与燃烧后的高温气体进行掺混并冷却第二衬体22与内壳体12。
参照图1，扩压器b在壳体组件1的空气入口处固定于壳体组件1。内衬体组件2的尾部具有排气口，燃烧腔s的燃烧段s2中的混合气体经由排气口排出。
最后补充说明发动机在不同工作状态下，本发明的发动机的环形燃烧室的具体工作过程。
当发动机工作处于慢速状态时，油路组件4向燃烧腔s内供入的油量减少，此时通过动力源324的电磁阀3243调小缸体3241内的油压，即电磁阀3243控制活塞杆3242回缩至极限位置，第二传动臂323在活塞杆3242的作用下带动联动环46的顺时针转动，然后联动环46经第一传动臂321带动调节片31顺时针转动，从而相邻两个调节片31之间的间隔减小(即进气截面减小)，头部气流通道a1向燃烧腔s供入的空气量相应地减少，由此使得头部气流通道a1经由进气截面向燃烧腔s内供入的空气量与油路组件4向燃烧腔s内供入的燃油量相匹配，从而使得燃烧腔s内参与燃烧的空气量与燃油量始终保持在化学当量比附近，进而保证发动机在慢速状态下稳定工作。
当发动机工作处于高速状态时，油路组件4向燃烧腔s内供入的油量很大，此时通过动力源324的电磁阀3243调大缸体3241内的油压，即电磁阀3243控制活塞杆3242向缸体3241外伸至极限位置，第二传动臂323在活塞杆3242的作用下带动联动环46的逆时针转动，然后联动环46经第一传动臂321带动调节片31逆时针转动，从而相邻两个调节片31之间的间隔增大(即进气截面增大)，头部气流通道a1向燃烧腔s供入的空气量相应地增加，由此使得头部气流通道a1经由进气截面向燃烧腔s内供入的空气量与油路组件4向燃烧腔s内供入的燃油量相匹配，从而使得燃烧腔s内参与燃烧的空气量与燃油量始终保持在化学当量比附近，进而保证发动机在快速状态下稳定工作。
当发动机工作处于中间状态(即速度介于慢速与高速之间)时，可通过动力源324的电磁阀3243适当调节缸体3241内的油压，进而调节头部气流通道a1向燃烧腔s供入的空气量，由此使得头部气流通道a1经由进气截面向燃烧腔s内供入的空气量与油路组件4向燃烧腔s内供入的燃油量相匹配，从而使得燃烧腔s内参与燃烧的空气量与燃油量始终保持在化学当量比附近，进而保证发动机在该中间状态下稳定工作。