[發明專利]一種幾何可變的火焰穩定裝置

有效

• 申請號: 201210082409.3
• 申請日: 2012-03-26
• 公開（公告）號: CN102607061A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 柳楊;金捷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/22
• 分類號: F23R3/22
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于航空發動機加力燃燒室火焰穩定技術領域，具體來說是一種幾何可變的火焰穩定裝置。

背景技術

加力燃燒室技術以其短期內增大渦輪噴氣發動機推力的特點成為發動機增加推重比的重要手段，帶有加力燃燒室的發動機被廣泛的應用到各種軍用飛機上，以提高其機動性能。加力燃燒室中經渦輪后排出的燃氣壓力大大降低、速度提高，流動極不穩定，需要火焰穩定裝置來進行火焰的穩定與燃燒的組織。傳統的加力燃燒室幾乎全部采用鈍體結構的火焰穩定器，在高速氣流中形成回流區使部分已燃高溫燃燒產物產生回流運動(即與來流方向相反)作為具有自動補償能力的持續點火源，以不斷點燃新鮮未燃的可燃混合物，從而達到穩定火焰的目的。現代航空發動機技術的發展對火焰穩定器的設計提出了更高的要求，火焰穩定器的工況范圍比以前更寬廣，對于加力燃燒室所采用的鈍體火焰穩定器來說，使其在整個工作范圍內保持最優的點火、穩焰、燃燒性能和最小的流阻損失是一個很大的設計挑戰。

另一方面，只有飛機進行需要大推力的機動和超音速飛行時，所裝載的渦輪噴氣發動機的加力燃燒室才進入工作狀態。當加力燃燒室工作時，其火焰穩定裝置所帶來流動損失視乎是穩定火焰所必須付出的代價，但是當加力燃燒室不工作時，其火焰穩定裝置所帶來的流阻損失完全是無用的，只能帶來推力的減小，理想的火焰穩定裝置應該在不工作時將流動阻力降低到最小。因此，降低在“非加力”狀態下加力燃燒室火焰穩定裝置的流動阻力是火焰穩定器設計的一個重要研究方向。

在各種鈍體火焰穩定器中，最常見的是V型火焰穩定器，V型火焰穩定器的截面呈V形，其結構和穩焰原理示意圖如圖1所示。當高速的燃氣混氣2流經V形鈍體1時，由于氣體粘性力作用，將鈍體1后面的隱蔽區域中的氣流帶走，形成局部低壓區。從而使鈍體1下游處部分氣流在壓力差的作用下，以與主氣流相反的流動方向流向鈍體1后的隱蔽區，以保持流動的連續性。這樣，在鈍體1后方產生了回流區3。回流區3是鈍體穩定器穩定火焰4的基本保證，一般情況下回流區3長度越大，其穩焰效果越好。而當阻塞比一定時，回流區3長度L與穩定器尾緣寬度D近似成正比關系，而尾緣寬度D的增大會使迎風面積增大，流動阻力增大。由于結構非常簡單，安裝方便，因此V型火焰穩定器在加力燃燒室和沖壓發動機中得到了廣泛的應用。

為了滿足加力燃燒室的點火性能特別是高空點火性能，這種V型火焰穩定器需要有較高的流動堵塞比，這導致較高的流阻損失。同時，由于V型火焰穩定器以固定的幾何結構被安裝在燃燒室內部，當加力燃燒室不工作時，會帶來較大的無用流動損失。

雙V型火焰穩定器是V型火焰穩定器的改進方案，如圖2所示，其高度和寬度均與常規V型穩定器基本相同，不同點在于：除了主穩定器6外，在前緣處有一個小穩定器5，通過大小穩定器的套疊，在頭部形成了兩道進氣縫隙。雙V和常規V型火焰穩定器后的回流區結構如圖3所示，同常規V型火焰穩定器相比較，雙V型火焰穩定器的氣流結構發生了變化：它由兩股氣流組成，一股是繞過主穩定器6的主流7，一股是繞過小穩定器5、流入主穩定器6內部的預燃流8。氣流結構變化使得火焰穩定器后的回流區也發生了變化。雙V型火焰穩定器把少量預燃流8引入主穩定器6內部，形成一個小回流區，常規V型火焰穩定器后的大回流區依然存在。當開縫寬度為2.8mm時大小回流區合二而一，變成一個窄而長的大回流區9，從穩定器內部延伸到穩定器下游。渦心在主穩定器6內，穩定點火源在主穩定器6內小穩定器5后緣附近，火焰10依靠穩定器內已經預燃的高溫產物進入回流區維持。該穩定器設計已為某型渦噴發動機加力燃燒室所采用，試用性能表明這種穩定器具有點火性能好、流動損失小、燃燒效率高等優點。

雙V型火焰穩定器在一定的來流參數下，對應有一個能形成最佳流場即大小回流區合為一個回流區的縫隙寬度，但發動機的工作狀況是變化的，所以并不能保證穩定器后的流場一直是最佳的。同樣，雙V型火焰穩定器的幾何結構固定，當加力燃燒室不工作時，會帶來較大的無用流動損失。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有加力燃燒室火焰穩定技術中固定幾何結構的火焰穩定裝置不能在不同工作狀態下保持最優的燃燒穩焰性能和流阻損失的問題，提出一種幾何可變的火焰穩定裝置。

現有加力燃燒室火焰穩定技術中固定幾何結構的鈍體火焰穩定裝置在不同工作狀態下不能保持最優的穩焰性能和流阻損失的問題，本發明提出一種幾何可變的火焰穩定裝置，通過改變穩定裝置的幾何結構來解決上述技術問題。