支板喷注燃烧室支板自调节装置的制作方法

本发明涉及一种适用于支板喷注燃烧室的燃料喷注支板位置自动调节装置，属于航空宇航推进，主要用于实现航空发动机支板喷注类燃烧室燃料喷注位置的自动调节，达到自动控制燃烧区分布和调节壁面热流的目的。

背景技术：

1、未来吸气式发动机应在更大的工作区间内具有良好的推力性能，因此需要设计出一种工作于宽域来流条件下的高性能燃烧室。然而，低速和高速来流条件下的燃烧室设计理念在以下方面存在矛盾：(1)高速情形下壁面冷却手段有限，除了对壁面进行主动冷却或被动冷却，还需将火焰稳定于更靠近流道中心区域，即让高温燃烧区远离壁面，而低速情形下易于采用气膜冷却等方法降低壁面热流，对火焰位置的约束较小；(2)低速情形下燃烧室倾向于充分利用凹腔回流作用建立一个低速区从而稳定火焰，这就要求在凹腔上游近壁面附近有燃料喷注，而高速情形由于来流空气温度较高，火焰易稳定持续燃烧，对凹腔稳焰要求较低，但由于流速较快且空气压力较高，喷注的燃料穿透深度较浅，难以充分利用流道的燃烧区，需将燃料尽可能向流道中心区域喷注。因此，未来的宽域燃烧室应根据来流条件，合理调整火焰稳定位置、控制壁面热流，进而达到宽域高性能的设计要求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种适用于支板喷注式燃烧室的燃料支板自调节装置，该装置可通过燃烧室壁面热流的反馈情况，利用作动机构自动调节燃料支板角度，从而改变燃烧室内燃料喷注区域，达到调节燃烧室内温度分布的目的。通过自动调控燃烧室内燃油喷注位置，实现稳定火焰、提高燃烧效率、降低壁面热流等功能。

2、为达到上述目的，解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，包括燃烧室1、蒸汽腔2、活塞3、连杆4、定滑轮5、拉线6、支板弹簧7、转轮8、支板9、注油孔10；

4、燃烧室1用于为燃料燃烧提供场所；蒸汽腔2内有少量可蒸发介质，可蒸发介质被活塞3密封在蒸汽腔内，活塞3能够在蒸汽腔内左右移动一定距离；连杆4一端连接活塞3，另一端连接拉线6并能够随活塞3一起左右移动一定距离；活塞3能够在蒸汽腔2内气体蒸发不足、气压较小条件下，被大气压推向靠右位置，实现位置复原；

5、定滑轮5用于改变拉线6拉力的方向；支板弹簧7连接拉线6和支板9末端，为支板9提供弹力，也用作将拉线6的功转换为弹性势能；

6、转轮8将支板9固定在燃烧室壁面，同时使支板9能绕转轮8转动一定角度；

7、注油孔10开凿在燃料支板9上，数目可变，位置排列能够调整，燃料通过注油孔10被喷入燃烧室。

8、进一步的，包括连杆弹簧11，连杆弹簧11用于为储存和释放势能；连杆4一端连接活塞3，另一端连接连杆弹簧11和拉线6并能够随活塞3一起左右移动一定距离；

9、进一步的，蒸汽腔2内蒸汽介质为水、醇类、氟氯类化合物，使用不同介质时需对蒸发介质量、支板弹簧7或连杆弹簧11的强度进行相应的调试。

10、进一步的，燃料喷注支板9数目不限定，能够沿着燃烧室1壁面周向安装数根。

11、进一步的，燃烧室1不限定为单凹腔燃烧室，亦可为双凹腔构型或为无凹腔构型。

12、进一步的，燃烧室1流道形状不限定，为圆型通道或矩形通道或是其他类型的变几何通道。

13、进一步的，注油孔10布局形式能够调整，注油孔数目、孔径和孔位置均能够根据需求进行设置。

14、进一步的，支板喷注燃烧室的燃料类型能够根据燃烧组织需求，设计为任意可喷注的碳氢类燃料。

15、进一步的，支板喷注燃烧室的燃料为氢气、煤油、甲烷。

16、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

17、(1)在燃烧室来流温度较低，或者流速较高时，流道中心火焰易熄灭。该发明通过支板角度调节，使燃料喷注位置靠近壁面，让部分燃料卷入凹腔回流区，达到稳定火焰燃烧的效果；

18、(2)当燃烧的核心区靠近壁面，导致壁面热流较高，有烧蚀燃烧室壁面的风险时，该发明的作动机构能通过调节燃料喷注位置，使主要喷注位置远离壁面，从而让燃烧的高温区远离壁面，达到降低燃烧室壁面热流的效果；

19、(3)本发明可用在亚燃冲压发动机、超燃冲压发动机、双模态冲压发动机、涡轮基冲压组合发动机、火箭基冲压组合发动机，以及其余拥有支板注油燃烧室的各类发动机。

技术特征：

1.一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，包括燃烧室(1)、蒸汽腔(2)、活塞(3)、连杆(4)、定滑轮(5)、拉线(6)、支板弹簧(7)、转轮(8)、支板(9)、注油孔(10)；

2.如权利要求1所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，还包括连杆弹簧11，连杆弹簧11用于为储存和释放势能；连杆(4)一端连接活塞(3)，另一端连接连杆弹簧11和拉线(6)并能够随活塞(3)一起左右移动一定距离。

3.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，蒸汽腔(2)内蒸汽介质为水、醇类、氟氯类化合物，使用不同介质时需对蒸发介质量、支板弹簧(7)或连杆弹簧11的强度进行相应的调试。

4.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，所述燃料喷注支板(9)数目不限定，能够沿着燃烧室(1)壁面周向安装数根。

5.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，所述燃烧室(1)不限定为单凹腔燃烧室，亦可为双凹腔构型或为无凹腔构型。

6.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，所述燃烧室(1)流道形状不限定，为圆型通道或矩形通道或是其他类型的变几何通道。

7.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，所述注油孔(10)布局形式能够调整，注油孔数目、孔径和孔位置均能够根据需求进行设置。

8.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，所述支板喷注燃烧室的燃料类型能够根据燃烧组织需求，设计为任意可喷注的碳氢类燃料。

9.根据权利要求1或2所述的一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，其特征在于，所述支板喷注燃烧室的燃料为氢气、煤油、甲烷。

技术总结
本发明提供一种支板喷注燃烧室支板自调节装置，属于航空宇航推进技术领域。当燃烧的高温区靠近壁面远离流道中心时，燃烧室壁面温度会较高，蒸汽腔吸热膨胀推动注油支板顺时针旋转，使注油远离燃烧室壁面，让高温燃烧区向流道中心移动，达到降低燃烧室壁面热流的目的；当来流空气温度较低，流速较快时，支板旋转至靠近壁面状态，喷油位置靠近壁面，近壁面区域流速较慢，易于燃烧。若燃烧室有凹腔结构，则燃油更易被卷入凹腔，在凹腔内燃烧，达到稳焰。本发明用于实现航空发动机支板喷注类燃烧室燃料喷注位置的自动调节，达到自动控制燃烧区分布和调节壁面热流的目的。

技术研发人员：罗佳茂,王宇航,焦思,杨顺华,张弯洲,母忠强,游进,郭丽强,向周正,谢松柏
受保护的技术使用者：北京流体动力科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19