一种掺混区可调节的单管燃烧室模型

本发明涉及一种掺混区可调节的单管燃烧室模型设计及方法，属于航空发动机燃烧室模型设计应用领域。

背景技术：

1、随着航空发动机技术的不断发展，对提高发动机推重比的要求也不要断增加，提高推重比最直接有效的办法就是提高涡轮前温度，然而这将导致出口温度增加，但允许出口温度分布与理想出口温度分布的偏离值没有变化，所以对燃烧室出口温度分布要求更高。燃烧室出口温度分布由主燃区出口温度分布、掺混射流与主流混合形成的温度分布、掺混区壁面冷却射流与主流相混合形成的温度分布构成。主燃区更多的要考虑高效稳定的燃烧，对于燃烧室出口温度场的调控任务更多的由掺混区来承担。

2、掺混区位于火焰简的后部，其功能由掺混孔来实现，掺混孔的设计对于燃烧室出口温度分布有着重要的影响。掺混孔孔径、孔的形状、相对孔间距、排列方式等都对掺混冷气的气量以及掺混射流的穿透深度有着重要的影响。针对于掺混气量的控制，专利“可调节内掺混装置”，专利号：cn202111222260.x，提出了针对加力燃烧室掺混气量可调节的装置，基于一体化加力燃烧室的可调内锥掺混结构，能够实现一体化加力燃烧室掺混通道节流面积的控制，实现对外涵气流分配的调节，保证进入隔热屏冷却通道的相对冷却气量在一个稳定可控的范围内，提升加力燃烧室的燃烧效率。专利“一种利用电场控制掺混区燃烧的航空发动机”，专利号：cn202110399663.5，提出了利用控制电压来调节掺混区，基于两个径向布置分别固定在掺混区以及燃烧区的网状电极能够实现掺混区电场大小和频率的调节，实现燃烧掺混过程可调节和燃烧室出口温度场综合调节。针对掺混强化，专利“一种超声速来流掺混增强结构及火箭基组合发动机”，专利号：cn201811206479.9，提出了利用来流隔板以及引流管连接超声速来流通道以及超声速掺混区，使超声速来流在隔板尾端处形成一个回流区，引起流管两端的压差，从而实现不需要提供气源就可以形成掺混区射流，从而实现对超声速来流掺混区的掺混增强控制。

3、通常的燃烧室由于类型不同，结构有很大的差异，对于不同燃烧室的的掺混孔的调节方式各不相同。针对于掺混区设计方案需要加工对应的试验件，导致成本和时间成倍的增加，同时为了提高燃烧效率、保持燃烧室工作的稳定性，需要提出更多的解决方案。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提出了一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，给灵活控制掺混孔孔径、孔的形状、相对孔间距、排列方式等提供了可能性，减少试验件的加工，最终到达有效改善出口温度分布的目的。

2、本发明的技术方案为：所述单管燃烧室模型包括火焰筒5、固定套装在火焰筒5外壁上的四个固定环7以及活动套装在火焰筒5外壁上的四个掺混环8，在所述火焰筒5上开设有若干圈掺混孔4，四个掺混环8包覆在其中四圈掺混孔4之外，并且掺混环8上开设有若干掺混环开孔12；

3、四个掺混环8分别为掺混环一8a、掺混环二8b、掺混环三8c以及掺混环四8d，所述掺混环一8a以及掺混环二8b都处在相邻固定环7之间，通过固定环7进行轴向限位，所述掺混环三8c以及掺混环四8d则与火焰筒5的外壁螺纹连接；

4、所述单管燃烧室模型还包括掺混环驱动机构，所述掺混环驱动机构包括电机12以及驱动连杆，所述电机12平行于火焰筒5的轴向固定设置在火焰筒5一旁，所述驱动连杆固定连接在电机12的输出轴上，并且同时与四个掺混环8保持联动。这样，在驱动连杆的带动下，掺混环一8a、掺混环二8b可做单纯的旋转运动，而掺混环三8c以及掺混环四8d则可在螺纹的影响下边旋转边轴向位移。

5、所述火焰筒5的前部固定连接有旋流器3以及气流进口段2，所述火焰筒5的后部固定连接有气流出口段6，所述气流进口段2、火焰筒5、气流出口段6都固定连接在机匣1中，并且所述电机12也固定连接在机匣1中。

6、所述掺混环8上开设的掺混环开孔12直径不同，形状也不同；

7、所述火焰筒5上每一圈中的各个掺混孔4直径不同，形状也不同。

8、关于驱动连杆与四个掺混环联动的结构：

9、实现方案一：在所述驱动连杆的外壁加工出四段齿轮，在四个掺混环8的外壁上则设有从动啮合齿，四个掺混环8上的从动啮合齿分别与四段齿轮保持啮合。

10、实现方案二：在四个掺混环8的外壁上包覆有摩擦环，所述驱动连杆的外壁与四个摩擦环保持接触。

11、本发明的工作原理是在燃烧室掺混区火焰筒采用可以电机驱动掺混环，利用固定环、螺纹来控制掺混环调节，可以灵活调节火焰筒掺混孔，进而在一套燃烧室主机匣的基础上实现燃烧室不同结构掺混区模型件的拆换和装配。

12、本发明与现有技术相比的优点如下：

13、一、采用了一种新型掺混环调节方式，给掺混区可调节提供了新的研究的可能性。

14、二、实现燃烧室掺混区可调节，适应多种燃烧室工况，提升燃烧室性能。

15、三、、对于不同的掺混孔设计方案进行试验时，避免了多套燃烧室模型试验件的一体加工，能够大大缩短加工周期和节约经济成本。

技术特征：

1.一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，其特征在于，所述单管燃烧室模型包括火焰筒(5)、固定套装在火焰筒(5)外壁上的四个固定环(7)以及活动套装在火焰筒(5)外壁上的四个掺混环(8)，在所述火焰筒(5)上开设有若干圈掺混孔(4)，四个掺混环(8)包覆在其中四圈掺混孔(4)之外，并且掺混环(8)上开设有若干掺混环开孔(12)；

2.根据权利要求1所述的一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，其特征在于，所述火焰筒(5)的前部固定连接有旋流器(3)以及气流进口段(2)，所述火焰筒(5)的后部固定连接有气流出口段(6)，所述气流进口段(2)、火焰筒(5)、气流出口段(6)都固定连接在机匣(1)中，并且所述电机(12)也固定连接在机匣(1)中。

3.根据权利要求1所述的一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，其特征在于，所述掺混环(8)上开设的掺混环开孔(12)直径不同，形状也不同；

4.根据权利要求1所述的一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，其特征在于，在所述驱动连杆的外壁加工出四段齿轮，在四个掺混环(8)的外壁上则设有从动啮合齿，四个掺混环(8)上的从动啮合齿分别与四段齿轮保持啮合。

5.根据权利要求1所述的一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，其特征在于，在四个掺混环(8)的外壁上包覆有摩擦环，所述驱动连杆的外壁与四个摩擦环保持接触。

技术总结
本发明公开了一种掺混区可调节的单管燃烧室模型，属于航空发动机燃烧室模型设计应用领域。给灵活控制掺混孔孔径、孔的形状、相对孔间距、排列方式等提供了可能性，减少试验件的加工，最终到达有效改善出口温度分布的目的。所述单管燃烧室模型包括火焰筒、固定套装在火焰筒外壁上的四个固定环以及活动套装在火焰筒外壁上的四个掺混环，在所述火焰筒上开设有若干圈掺混孔，四个掺混环包覆在其中四圈掺混孔之外，并且掺混环上开设有若干掺混环开孔，所述单管燃烧室模型还包括掺混环驱动机构。本发明可以灵活调节火焰筒掺混孔，进而在一套燃烧室主机匣的基础上实现燃烧室不同结构掺混区模型件的拆换和装配。

技术研发人员：姚倩,陈丽兴,李建中,汤朝伟,金武
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14