一种燃烧室头部结构的制作方法

本发明涉及一种燃烧室头部结构，属于航空发动机与燃气轮机领域。

背景技术：

航空发动机是飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力来源，也是促进航空事业发展的重要推动力。现代高性能战斗机为了达到高速机动的作战要求，对发动机的推重比要求越来越高，发动机的循环参数也不断提高，总增加比已达到40以上，燃烧室进出口温升已达到1100k以上。

燃烧室是发动机的核心部件，用于将燃油中的化学能转化为热能。燃烧室进出口温升的提高势必造成燃烧室油气比的增加。燃烧室长期处在高温、高压、高应力环境下，油气比的增加极容易出现导流板烧蚀、头部壁面烧蚀等故障，直接造成发动机难以正常工作。

由于燃油在燃烧过程中产生的高温燃气会损伤、烧蚀燃烧室头部壁面，因此对燃烧室头部壁面降温十分重要。目前，常规实施方案主要通过设置导流板，从而控制冷却气流流动的形式实现壁面降温，但是，导流板一般位于主燃区，燃烧温度很高，容易损坏导流板，降温效果较差，且成本较高。现有常规技术方案如图4所示，燃烧室包括燃烧室头部101、火焰筒102和导流板103。

专利cn109899831a通过在挡溅盘上设置燃料腔体，在套筒位置设置出油孔，不仅可以取消导流板，还可以通过燃油吸热汽化吸热降低挡溅盘温度。但该专利存在如下问题：(1)将挡溅盘和旋流器整体加工，增加了工艺难度和加工成本；(2)该空腔没有任何导流、整流装置，易造成燃油分布不均匀，进而造成出油孔周向出油不均匀，形成局部燃烧热点；(3)从出口孔进入火焰筒的燃油可能对由喷嘴8进入的燃油造成影响，两级火焰相互干扰。如图5所示，包括：燃烧室头部1、火焰筒2、挡溅板3、腔体31、第一级供油系统4、出油孔5、一级涡流器6、二级涡流器7、喷嘴8。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种燃烧室头部结构。

这种燃烧室头部结构，包括旋流器组件和挡溅盘；旋流器组件和挡溅盘组成扇形燃烧室单元，若干个扇形燃烧室单元组成环形燃烧室；旋流器组件位于燃烧室单元扇形区域的中心位置，旋流器组件由第一供油系统、一级旋流器、二级旋流器和文氏管组成；挡溅盘连接旋流器组件的外周并与内环火焰筒和外环火焰筒相连；所述挡溅盘外侧设有第二供油系统，挡溅盘内部设有燃油的外侧通道、过渡通道、内侧通道、出油孔以及空气孔；外侧通道位于挡溅盘内部的远离中心的边缘位置，外侧通道外侧与第二供油系统相连通；内侧通道位于挡溅盘内部的靠近中心的位置，内侧通道为圆环形结构，在内侧通道远离燃烧室头部的一侧设置有出油孔；过渡通道设于外侧通道和内侧通道之间，外侧通道、过渡通道和内侧通道相互连通，并且过渡通道呈扇叶状布置在内侧通道外周，过渡通道相对于内侧通道具有一定的角度；空气孔设于内侧通道内侧，并且空气孔贯通挡溅盘。

作为优选：旋流器组件中心为第一供油系统，第一供油系统外侧设有一级旋流器，一级旋流器外侧设有二级旋流器，一级旋流器内部设有文氏管。

作为优选：挡溅盘的轴向壁厚为2-4mm，

作为优选：挡溅盘内部的燃油通道的轴向宽度为1-3mm。

作为优选：扇形燃烧室单元之间通过外侧通道互相连通。

作为优选：每个扇形燃烧室单元内设置若干个过渡通道，过渡通道的分布位置相对于旋流器组件成中心对称形式。

作为优选：出油孔直径为0.5-2mm，呈圆周向均匀分布，相邻两个出油孔间隔为5°-36°。

作为优选：空气孔直径为0.5-3mm，呈圆周向均匀分布，相邻两个空气孔间隔为5°-36°。

作为优选：空气孔轴线与出油孔轴线呈锐角。

作为优选：空气孔与出油孔的数量为倍数关系。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过挡溅盘内部的外侧通道、过渡通道以及内侧通道的引流，促进主路燃油在旋流器组件外侧周向均匀分布，通过出油孔的均匀分布可以提升主路燃烧出油均匀性，避免主燃级局部燃烧热点的出现。

2、本发明取消导流板的设置，挡溅盘位于主燃区高温区域，通过设置燃油流道，腔体内的燃油从挡溅盘壁面吸热升高温度汽化，同时降低了挡溅盘壁面温度，防止挡溅盘被烧蚀。

3、本发明设置了空气孔和出油孔，主燃级的燃油汽化后形成燃油蒸汽，与空气孔进入的空气相互掺混，形成半预混燃烧，燃烧温度较低，nox排放减少；且由于燃油和空气分别位于不同的出口，不存在回火的风险。

附图说明

图1为扇形燃烧室单元纵截面示意图；

图2为图1中a-a截面示意图；

图3为全环燃烧室截面示意图；

图4为现有常规技术方案结构示意图；

图5为专利cn109899831a实施方案结构示意图。

附图标记说明：1、旋流器组件；11、第一供油系统；12、一级旋流器；13、文氏管；14、二级旋流器；15、套筒；2、挡溅盘；21、第二供油系统；22、外侧通道；23、过渡通道；24、内侧通道；25、空气孔；26、出油孔；3、内环火焰筒；4、外环火焰筒。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

作为一种实施例，所述燃烧室头部结构，由燃烧室进口过来的气流一部分从燃烧室头部进入火焰筒内部，另一部分从内环火焰筒3和外环火焰筒4上的开孔进入火焰筒内部。其中，从燃烧室头部进入的空气分别从一级旋流器12、二级旋流器14和空气孔25进入火焰筒内部。所述燃烧室头部结构包括旋流器组件1和挡溅盘2。旋流器组件1和挡溅盘2组成扇形燃烧室单元，若干个扇形燃烧室单元组成环形燃烧室。旋流器组件1位于燃烧室单元扇形区域的中心位置，挡溅盘2连接旋流器组件1的外周并与内环火焰筒3和外环火焰筒4相连。旋流器组件1中心为第一供油系统11，第一供油系统11外侧设有一级旋流器12，一级旋流器12外侧设有二级旋流器14，一级旋流器内部设有文氏管13，第一供油系统11可与流通一、二级旋流器的气流组成预燃级扩散火焰。所述挡溅盘2外侧设有第二供油系统21，挡溅盘2内部设有燃油的外侧通道22、过渡通道23、内侧通道24、出油孔26以及空气孔25；外侧通道22位于挡溅盘2内部边缘处，外侧通道22外侧与第二供油系统21相连通；内侧通道24位于挡溅盘2内部靠近中心处，内侧通道24为圆环形，在内侧通道24远离燃烧室头部的一侧设置有出油孔26，用于燃油蒸汽喷射；过渡通道23设于外侧通道22和内侧通道24之间，用于连接外侧通道22和内侧通道24，过渡通道呈扇叶状布置在内侧通道24外周，过渡通道23相对于内侧通道24具有一定的角度，用于形成燃油的周向运动以便均匀从出油孔流出；空气孔25设于内侧通道24内侧，并贯通了挡溅盘2，从燃烧室头部进来的空气可以直接通过空气孔25进入火焰筒内部。

外侧通道22、过渡通道23和内侧通道24组成挡溅盘2内精心布置的腔体，第二供油系统21喷射出的燃油通过挡溅盘2内部的外侧通道22、过渡通道23以及内侧通道24，均匀地从出油孔26流出，尽可能避免燃烧室内局部热点的形成。由于挡溅盘位于主燃区高温区域，腔体内的燃油可以吸收挡溅盘壁面的热量而汽化，从而降低挡溅盘表面温度。经过汽化的燃油密度减小、粘性降低，可与空气孔流出的空气形成主燃级半预混火焰，同时由于空气孔25与出油孔26轴线方向呈锐角，因此能加强空气与燃油蒸汽之间的相互掺混，使油气混合更加均匀。不仅降低燃烧温度减少nox排放，还能有效避免回火问题。

作为一种优选的实施例，挡溅盘2的壁厚可以为2-4mm，挡溅盘2内空腔体(燃油通道)的轴向宽度为1-3mm。

作为一种优选的实施例，挡溅盘内部的外侧通道22为不规则形状，外侧与第二供油系统21相连通，不同扇形燃烧室单元之间互相连通。

作为一种优选的实施例，单个扇形燃烧室单元内过渡通道可布置多个，分布位置相对于旋流器组件1成中心对称形式。

作为一种优选的实施例，挡溅盘内部的出油孔26直径为0.5-2mm，呈圆周向均匀分布，相邻两个出油孔26间隔为5°-36°；空气孔25直径为0.5-3mm，呈圆周向均匀分布，相邻两个空气孔25间隔为5°-36°；空气孔轴线与出油孔轴线呈锐角，以加强燃油和空气之间的掺混；空气孔与出油孔的数量为倍数关系。