一种油气分离式一体化火焰稳定器系统及变循环发动机

本发明属于航空发动机领域，涉及变循环发动机，具体涉及一种油气分离式一体化火焰稳定器系统。

背景技术：

1、变循环发动机(variable cycle engine，vce)是未来军用航空发动机的一个主要发展方向，其通过多个涵道之间的相互配合，实现不同工作模态的相互切换，从而有效拓展战斗机的飞行包线，并改善发动机在飞行包线内不同高度和速度点的工作性能。

2、随着战斗机飞行高度和速度的不断上升，加力燃烧室进口温度和速度大幅上升，这会引入新的技术难点：其一，加力燃烧室内涵进口温度极高，已超过镍基单晶合金耐受温度，这会导致喷油杆和火焰稳定器出现烧蚀和结焦问题，影响发动机性能与安全；其二，为避免航空煤油过早自燃，喷油杆需安装于火焰稳定器内部，但这会导致燃油喷嘴与火焰稳定器尾缘回流区距离过短，燃油蒸发、掺混时间下降，火焰稳定器稳焰困难，燃烧效率低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种油气分离式一体化火焰稳定器系统，其能够一体化地实现喷油、火焰稳定和冷却，从而有效解决变循环发动机加力燃烧室中火焰稳定器稳焰困难，燃烧效率低下的问题，以及喷油杆和火焰稳定器的烧蚀和结焦问题。

2、在本发明的一个方面，提供一种油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，包括：

3、火焰稳定器，其包括稳定器外壳体、设置于所述稳定器外壳体内部的稳定器内壳体、以及使所述稳定器外壳体的外部与所述稳定器内壳体的内部相互连通的值班油路；

4、值班喷油杆，安装于所述稳定器内壳体内部，并通过所述值班油路向所述火焰稳定器的外部喷射值班燃油；

5、充填喷油杆，安装于所述稳定器外壳体内部并位于所述稳定器内壳体的后侧，通过设置于所述稳定器外壳体侧壁的充填排油孔向所述火焰稳定器的外部喷射充填燃油；以及

6、冷却气进气管，能够向所述稳定器外壳体的内部引入冷却气，其中第一部分的所述冷却气经所述充填喷油杆并从所述充填排油孔排出所述稳定器外壳体，第二部分的所述冷却气经所述稳定器内壳体尾缘的气孔进入稳定器内壳体的内部以冷却所述值班喷油杆。

7、优选地，所述火焰稳定器还包括实心隔板，所述稳定器内壳体设置于所述稳定器外壳体内部的前部区域，所述冷却气进气管连通于稳定器外壳体的后部区域，所述实心隔板设置于所述稳定器外壳体内部的中部区域且位于所述充填喷油杆后侧；

8、其中，所述稳定器外壳体的径向方向的两个侧壁中的一个侧壁与所述实心隔板间隔设置以形成第一气流通道，另一个侧壁与所述实心隔板贴合设置并连通所述冷却气进气管。

9、优选地，多个所述值班油路沿所述稳定器外壳体的径向方向间隔设置，从而在相邻的两个所述值班油路、所述稳定器内壳体和稳定器外壳体之间围合成第二气流通道；

10、其中，所述火焰稳定器还包括设置于所述稳定器内壳体前侧的前冲击隔板，所述前冲击隔板上设有多个冲击气孔，第三部分的冷却气经所述第一气流通道、所述第二气流通道以及所述前冲击隔板上的冲击气孔，冲击至所述稳定器外壳体前缘的内侧进行冷却。

11、优选地，所述火焰稳定器还包括设置于所述冷却气进气管后侧的后冲击隔板，所述后冲击隔板上设有多个冲击气孔，第四部分的冷却气经所述后冲击隔板上的冲击气孔，冲击至所述稳定器外壳体尾缘的内侧进行冷却。

12、优选地，所述稳定器外壳体的前缘和尾缘位置分别设有气膜孔，以对应地使所述第三部分和所述第四部分的冷却气经过所述气膜孔而在所述稳定器外壳体的前缘和尾缘形成气膜冷却；

13、并且，所述稳定器外壳体在侧壁靠近所述充填排油孔的位置同样设有气膜孔，以至少部分地分流所述第一部分冷却气而在所述稳定器外壳体的侧壁形成气膜冷却。

14、优选地，所述值班喷油杆设有多个被构造为从后向前喷射燃油的直射式喷嘴，以使燃油撞击至所述稳定器内壳体的前缘后再经所述稳定器内壳体、所述值班油路及所述稳定器外壳体排出所述火焰稳定器。

15、优选地，多个所述值班油路的总通道面积大于多个所述直射式喷嘴的总面积。

16、优选地，所述充填喷油杆设有多个直射式或扇形充填燃油喷嘴，多个所述充填燃油喷嘴的位置与多个所述充填排油孔的位置相匹配，从而保证充填燃油排出火焰稳定器。

17、在本发明的另一个方面，提供一种变循环发动机，其特征在于，包括如前文任一实施例所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统。

18、优选地，所述火焰稳定器设置于所述变循环发动机的加力燃烧室的分流环尾缘内侧或者中心锥外侧，所述冷却气进气管被构造为引入外涵道或核心风扇处的冷却气。

19、基于此，本发明各实施例具有以下有益的技术效果中的至少一个：

20、本发明将火焰稳定器构造为稳定器外壳体和稳定器内壳体组成的双层结构，将值班喷油杆容纳在稳定器内壳体的内部，将充填喷油杆容纳在稳定器外壳体和稳定器内壳体之间，由此通过向稳定器外壳体的内部引入冷却气并设计相应的冷却流路以充分冷却值班喷油杆和充填喷油杆。

21、本发明通过使值班喷油杆逆向喷射并撞击稳定器内壳体的内部前缘，从而提高燃油雾化及混合的效果，并通过精准控制值班燃油和充填燃油的各自的喷油路径，以同时达到较高的火焰稳定性与较佳的火焰燃烧效率两方面技术效果。

22、本发明利用前冲击隔板、后冲击隔板、实心隔板等结构构造火焰稳定器内部的冷却流路，使冷却气分股而冷却不同的重要部位，并利用火焰稳定器前缘、中部和尾缘区域分布的气膜孔使火焰稳定器内部的冷却气流出而在火焰稳定器的外表面形成相应的气膜冷却结构。

技术特征：

1.一种油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，所述火焰稳定器(1)还包括实心隔板(13)，所述稳定器内壳体(16)设置于所述稳定器外壳体(11)内部的前部区域，所述冷却气进气管(12)连通于稳定器外壳体(11)的后部区域，所述实心隔板(13)设置于所述稳定器外壳体(11)内部的中部区域且位于所述充填喷油杆(3)后侧；

3.根据权利要求2所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，多个所述值班油路(17)沿所述稳定器外壳体(11)的径向方向间隔设置，从而在相邻的两个所述值班油路(17)、所述稳定器内壳体(16)和稳定器外壳体(11)之间围合成第二气流通道(b)；

4.根据权利要求3所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，所述火焰稳定器(1)还包括设置于所述冷却气进气管(12)后侧的后冲击隔板(15)，所述后冲击隔板(15)上设有多个冲击气孔，第四部分的冷却气经所述后冲击隔板(15)上的冲击气孔，冲击至所述稳定器外壳体(11)尾缘的内侧进行冷却。

5.根据权利要求4所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，所述稳定器外壳体(11)的前缘和尾缘位置分别设有气膜孔(19)，以对应地使所述第三部分和所述第四部分的冷却气经过所述气膜孔(19)而在所述稳定器外壳体(11)的前缘和尾缘形成气膜冷却；

6.根据权利要求1所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，所述值班喷油杆(2)设有多个被构造为从后向前喷射燃油的直射式喷嘴(21)，以使燃油撞击至所述稳定器内壳体(16)的前缘后再经所述稳定器内壳体(16)、所述值班油路(17)及所述稳定器外壳体(11)排出所述火焰稳定器(1)。

7.根据权利要求6所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，多个所述值班油路(17)的总通道面积大于多个所述直射式喷嘴(21)的总面积。

8.根据权利要求1所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统，其特征在于，所述充填喷油杆(3)设有多个直射式或扇形充填燃油喷嘴(31)，多个所述充填燃油喷嘴(31)的位置与多个所述充填排油孔(18)的位置相匹配，从而保证充填燃油排出火焰稳定器(1)。

9.一种变循环发动机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的油气分离式一体化火焰稳定器系统。

10.根据权利要求9所述的变循环发动机，其特征在于，所述火焰稳定器(1)设置于所述变循环发动机的加力燃烧室的分流环尾缘内侧或者中心锥外侧，所述冷却气进气管(12)被构造为引入外涵道或核心风扇处的冷却气。

技术总结
本发明提供一种油气分离式一体化火焰稳定器系统，其包括：值班喷油杆、充填喷油杆和火焰稳定器。在非加力状态下，稳定器外壳体内部充有冷却气；在加力状态下，稳定器内壳体内部充有值班燃油，而稳定器外壳体其他区域充有冷却气，从而解决喷油杆和火焰稳定器的烧蚀和结焦问题。值班燃油逆向喷射于稳定器内壳体前缘，并通过挡溅雾化方式改善值班燃油沿径向方向的均匀性，随后从值班油路离开火焰稳定器，并均匀分布于回流区附近，从而保证火焰稳定器稳定燃烧。充填燃油横向喷射，并均匀分布于加力燃烧室非堵塞区域，从而保证火焰稳定器高效燃烧。本发明还提供一种具有该火焰稳定器系统的变循环发动机。

技术研发人员：刘广海,刘玉英,伍元梓
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15