一种喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器

本发明属于航空航天领域，具体涉及一种应用于加力燃烧室的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器。

背景技术：

1、为了提高战斗机机动性和短距起飞能力，航空发动机广泛采用安装加力燃烧室的方法增大推力。作为加力燃烧室的核心部件之一，火焰稳定器在稳焰、联焰、组织燃烧等方面起到决定性作用。

2、随着现代航空发动机的进一步发展，加力燃烧室进口温度和速度大大提高。虽然进口温度的增加有利于燃油雾化和提高化学反应速率，但是不可避免地导致稳定器和喷油杆组件发生烧蚀、变形、喷油杆结焦堵塞等故障。气流速度的进一步增加也使得加力燃烧室进口工况更为复杂，而传统火焰稳定器和喷油组件直接设置于气流中，将不可避免地产生较大的流动损失等问题。因此加力燃烧室在点火、冷却、组织燃烧以及降低流动损失等方面面临着巨大挑战。

3、面对以上挑战，美国专利us5385015和us5685140提出一种涡轮后框架的加力燃烧室一体化设计方案，将稳定器与涡轮后整流支板一体化设计，并将喷油杆内置于稳定器内，避免了喷油装置的结焦和烧蚀，降低了流阻损失和重量，提高了加力燃烧室的可靠性。然而由于喷油装置与稳定器近距离耦合，从稳定器前方两侧横向喷射的燃油只有小部分被卷进稳定器后方回流区，将造成其点熄火界限较窄，以及稳焰、联焰的能力较差的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提出了一种喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，应用于加力燃烧室，能够一体化地实现冷却、喷油和稳定火焰的功能。即，本发明能够有效地在复杂工况下实现稳定可靠的值班点火功能，拓宽支板稳定器的贫油点熄火界限，提高加力燃烧室稳焰、联焰的能力。

2、本发明的具体技术方案如下：

3、本发明提供了一种喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其包括由支板前缘、支板侧壁以及支板尾缘构成支板空腔结构以及设置于所述支板空腔结构内的燃油系统，所述支板空腔结构的前部为支板稳定器冷却腔体，后部为支板稳定器值班结构，且所述支板稳定器冷却腔体与所述支板稳定器值班结构以隔板间隔开，而所述燃油系统则包括位于所述支板稳定器冷却腔体内的主油路系统和位于所述支板稳定器值班结构内的值班油路系统；

4、所述支板稳定器冷却腔体内部的主油路系统用于向外部喷射充填燃油，并且所述支板稳定器冷却腔体的径向外端与外涵连通，以引入外涵冷却气体至所述支板稳定器冷却腔体内部冷却所述主油路系统；

5、所述支板稳定器值班结构内设有前端开口的进气管和连接于所述进气管后端的燃油分布管，所述值班油路系统连通于所述进气管的前端，所述支板侧壁在所述支板稳定器值班结构所在的区域开设有侧面进气通道，所述侧面进气通道位于所述进气管的前侧，以使内涵气体经所述侧面进气通道进入所述进气管和所述燃油分布管并在所述进气管和所述燃油分布管内促进值班燃油的雾化与蒸发。

6、优选地，所述隔板至少分布于所述支板稳定器值班结构的径向内侧、径向外侧和流向前侧，从而使所述支板稳定器值班结构与外涵低温气流相隔离。

7、优选地，所述值班油路系统包括值班油路喷油杆和屏蔽管，所述屏蔽管间隔地套设在所述值班油路喷油杆的外侧，所述屏蔽管的径向外侧开口位于外涵，所述值班油路喷油杆和所述屏蔽管从外涵穿过位于所述支板稳定器值班结构径向外侧的所述隔板进入所述支板稳定器值班结构的内部。

8、优选地，所述值班油路喷油杆和所述屏蔽管设置于所述进气管周向的一侧，所述进气管上设有值班油路喷射孔，所述值班油路喷油杆和所述屏蔽管在所述值班油路喷射孔的一侧开设有对应的喷油口，以使值班燃油经所述值班油路喷射孔撞击至所述进气管的内壁。

9、优选地，所述支板稳定器冷却腔体径向外侧未设置所述隔板的前部区域与外涵连通构成冷却通道进口，并且在所述支板稳定器冷却腔体底部设置有冷却通道出口，从而使外涵气流通过所述冷却通道进口进入所述支板稳定器冷却腔体的内部，再由所述冷却通道出口排出。

10、优选地，主油路系统包括从外涵经所述冷却通道进口延伸至所述支板稳定器冷却腔体内部的主油路喷油杆，所述主油路喷油杆上设置有主油路喷油口，所述支板空腔结构的支板侧壁上设有与所述主油路喷油口对应的主油路喷射孔，所述主油路喷射孔的喷油方向沿周向朝向所述支板空腔结构的两侧。

11、优选地，所述进气管沿流向延伸且在径向方向上分布有多个，多个所述进气管沿径向均匀地连接在沿径向延伸的所述燃油分布管上，所述燃油分布管的周向两侧沿径向均匀分布有多个出气孔，从而在整个燃油分布管的长度范围内沿周向向外喷射值班燃油。

12、优选地，所述支板稳定器值班结构还包括设置于所述燃油分布管前侧的进气面板，所述进气面板位于所述侧面进气通道的后侧并夹设于所述支板空腔结构的两支板侧壁之间，其上开设有多个进气孔。

13、优选地，所述支板侧壁在对应所述燃油分布管的区域开设有窗口，以使部分所述出气孔通过所述窗口直接向所述支板空腔结构的周向外侧排出燃油。

14、优选地，所述支板稳定器值班结构还包括设置于所述窗口的周向稳定器，所述周向稳定器呈前端封闭、后端开口且截面积沿流向渐扩的弯折板结构。

15、因此，本发明具有的有益技术效果至少包括：

16、1.本发明将支板、稳定器和喷油系统三者进行一体化设计，整合了各部件功能，减少了部件数量、降低了流动损失，使结构更为紧凑，能有效缩短了加力燃烧室长度，达到减轻重量的目的。

17、2.本发明将蒸发式支板稳定器与周向稳定器相互配合设计，以便于内涵高温气流进入支板稳定器值班结构内，在进气管和燃油分布管内与燃油进行混合，形成油气混合物，借助进气管和燃油分布管使得值班燃油分布均匀，并有效延长了油气混合时间，为点火提供了有利条件，拓宽了稳定器的点熄火边界，提高了火焰稳定器在复杂工况下点火和稳焰的能力。

18、3.本发明将主油路喷油杆设置于支板稳定器冷却腔体内部，引入部分外涵低温气流对支板稳定器和喷油杆进行冷却；而值班油路喷油杆采用气冷喷油杆，引入部分低温气流进入值班油路喷油杆与屏蔽管的间隙内，为值班油路喷油杆提供冷却，避免了喷油杆的结焦堵塞；此外，燃油分布管与隔板在径向方向上设置有间隙，为燃油分布管受热膨胀留有一定的膨胀空间，提高了结构可靠性；因此从整体设计上提高了支板稳定器的结构耐久性和可靠性。

技术特征：

1.一种喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，包括由支板前缘(11)、支板侧壁(12)以及支板尾缘(17)构成支板空腔结构(1)以及设置于所述支板空腔结构(1)内的燃油系统(2)，所述支板空腔结构(1)的前部为支板稳定器冷却腔体(ⅰ)，后部为支板稳定器值班结构(ⅱ)，且所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)与所述支板稳定器值班结构(ⅱ)以隔板(13)间隔开，而所述燃油系统(2)则包括位于所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)内的主油路系统(22)和位于所述支板稳定器值班结构(ⅱ)内的值班油路系统(21)；所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)内部的主油路系统(22)用于向外部喷射充填燃油，并且所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)的径向外端与外涵连通，以引入外涵冷却气体至所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)内部冷却所述主油路系统(22)；

2.根据权利要求1所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述隔板(13)至少分布于所述支板稳定器值班结构(ⅱ)的径向内侧、径向外侧和流向前侧，从而使所述支板稳定器值班结构(ⅱ)与外涵低温气流相隔离。

3.根据权利要求2所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述值班油路系统(21)包括值班油路喷油杆(211)和屏蔽管(212)，所述屏蔽管(212)间隔地套设在所述值班油路喷油杆(211)的外侧，所述屏蔽管(212)的径向外侧开口位于外涵，所述值班油路喷油杆(211)和所述屏蔽管(212)从外涵穿过位于所述支板稳定器值班结构(ⅱ)径向外侧的所述隔板(13)进入所述支板稳定器值班结构(ⅱ)的内部。

4.根据权利要求3所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述值班油路喷油杆(211)和所述屏蔽管(212)设置于所述进气管(15)周向的一侧，所述进气管(15)上设有值班油路喷射孔(151)，所述值班油路喷油杆(211)和所述屏蔽管(212)在所述值班油路喷射孔(151)的一侧开设有对应的喷油口，以使值班燃油经所述值班油路喷射孔(151)撞击至所述进气管(15)的内壁。

5.根据权利要求1所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)径向外侧未设置所述隔板(13)的前部区域与外涵连通构成冷却通道进口(18)，并且在所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)底部设置有冷却通道出口(19)，从而使外涵气流通过所述冷却通道进口(18)进入所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)的内部，再由所述冷却通道出口(19)排出。

6.根据权利要求5所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，主油路系统(22)包括从外涵经所述冷却通道进口(18)延伸至所述支板稳定器冷却腔体(ⅰ)内部的主油路喷油杆(221)，所述主油路喷油杆(221)上设置有主油路喷油口(222)，所述支板空腔结构(1)的支板侧壁(12)上设有与所述主油路喷油口(222)对应的主油路喷射孔(121)，所述主油路喷射孔(121)的喷油方向沿周向朝向所述支板空腔结构(1)的两侧。

7.根据权利要求1所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述进气管(15)沿流向延伸且在径向方向上分布有多个，多个所述进气管(15)沿径向均匀地连接在沿径向延伸的所述燃油分布管(16)上，所述燃油分布管(16)的周向两侧沿径向均匀分布有多个出气孔(161)，从而在整个燃油分布管(16)的长度范围内沿周向向外喷射值班油气混合物。

8.根据权利要求7所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述支板稳定器值班结构(ⅱ)还包括设置于所述燃油分布管(16)前侧的进气面板(14)，所述进气面板(14)位于所述侧面进气通道(122)的后侧并夹设于所述支板空腔结构(1)的两支板侧壁(12)之间，其上开设有多个进气孔(141)。

9.根据权利要求7所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述支板侧壁(12)在对应所述燃油分布管(16)的区域开设有窗口，以使部分所述出气孔(161)通过所述窗口直接向所述支板空腔结构(1)的周向外侧排出燃油。

10.根据权利要求9所述的喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，其特征在于，所述支板稳定器值班结构(ⅱ)还包括设置于所述窗口的周向稳定器(3)，所述周向稳定器(3)呈前端封闭、后端开口且截面积沿流向渐扩的弯折板结构。

技术总结
本发明提供了一种喷油稳定一体化蒸发式支板稳定器，应用于加力燃烧室，包括：支板稳定器冷却腔体、支板稳定器值班结构和燃油系统。本发明将支板、稳定器和燃油系统三者进行一体化设计，主油路喷油杆设置于支板稳定器冷却腔体，从外涵引入外涵低温气流对支板稳定器和主油路喷油杆进行冷却，并且蒸发式支板稳定器与周向稳定器相互配合设计，从蒸发式支板稳定器的侧面进气通道引入内涵高温气流，与燃油在进气管和燃油分布管内进行混合和蒸发。此外，燃油分布管与隔板在径向方向设置有间隙，为燃油分布管受热膨胀留有一定的膨胀空间。本发明能够克服传统火焰稳定器的不足，在复杂工况下具有较宽的贫油点熄界限、流动损失小以及结构可靠性高的优点。

技术研发人员：刘玉英,何志杰,刘广海,王航
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：2024/4/17