[發明專利]火焰穩定器及包含該火焰穩定器的發動機燃燒室

有效

• 申請號: 201210552257.9
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN102980206A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 孫明波;王振國;喻清;梁劍寒;劉衛東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: F23R3/20
• 分類號: F23R3/20
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;張永明

技術領域

本發明涉及超燃沖壓發動機領域，具體而言，涉及一種火焰穩定器及包含該火焰穩定器的發動機燃燒室。

背景技術

凹腔、支板等火焰穩定器目前廣泛應用于超燃沖壓發動機燃燒室中。超聲速氣流流過凹腔或支板會在凹腔內、支板尾部形成回流區，能夠使火焰始終駐留在其中，并作為新的火源持續點燃上游來的燃料，從而實現火焰穩定。凹腔、支板在超聲速燃燒室中可集燃料噴注、混合增強及火焰穩定作用于一身，在提高超燃沖壓發動機性能方面發揮了重要的作用。

論文《Experimental?Study?of?Cavity-Strut?Combustionin?Supersonic?Flow》提出了一種與支板組合使用的凹腔，支板用于加強燃料向中心主流區的噴射，凹腔后壁采用空氣與燃料的同時噴射用于加強凹腔內的點火和燃燒，火花塞設置在凹腔的底壁中間。

論文《Aerodynamic?loss?and?mixing?over?a?cavity?flame?holder?located?downstream?ofpylon-aided?fuel?injection》給出了一種與塔門（類似于支板的裝置）噴注組合使用的凹腔方案，塔門用于阻擋超聲速來流形成背風低壓區，從而增強塔門后射流的穿透深度。

目前的凹腔、支板設計已經具有大量的結構形式，對應的燃料噴射也有多種方案。通常來講，由于凹腔內部的高溫低速環境，點火一般設置在凹腔內部。目前增強點火的方案采用的通常是直接在凹腔內部噴入燃料或者在噴入燃料的同時補噴入空氣，使得存在連續的混合氣。對于增強燃燒通常的方案通常有兩種，一是通過設置塔門等類型的擾流裝置設法提高壁面燃料噴射的穿透度，二是采用支板等類型的裝置直接將燃料均勻分布噴射入主流中心。

上述方案存在以下缺點：

1.凹腔質量交換率低，在凹腔回流區外部的燃料噴射容易形成回流區的貧燃，在凹腔回流區內的噴射容易形成回流區的富燃，對于點火都造成不利影響；

2.采用增強點火的方案（例如在凹腔內部補噴空氣或氧氣）需要增加額外高壓氣源。

發明內容

本發明旨在提供一種火焰穩定器及包含該火焰穩定器的發動機燃燒室、發動機，能夠有效增強點火性能，提高火焰穩定性。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種火焰穩定器，包括安裝座，安裝座內設置有凹腔，凹腔的上游設置有導流孔，凹腔位于導流孔下游的位置設置有與導流孔相連通并朝第一方向延伸的導流孔出口，凹腔的底壁上設置有朝第二方向延伸的底壁燃料噴孔，底壁燃料噴孔連接至燃料接口，導流孔出口的延伸方向與底壁燃料噴孔的延伸方向相交叉。

進一步地，凹腔的空氣進入側間隔設置有多個支板，導流孔設置在支板的迎風面上，導流孔出口位于支板遠離迎風面的一側。

進一步地，凹腔的空氣進入側還設置有凸塊，凸塊上間隔設置有朝凹腔延伸的安裝槽，支板設置在安裝槽內。

進一步地，底壁燃料噴孔延伸方向與導流孔出口延伸方向正交。

進一步地，支板包括梯臺部，梯臺部的兩側面相平行，導流孔設置在梯臺部的遠離凹腔一側的腹部斜面上。

進一步地，支板還包括棱錐部，棱錐部沿梯臺部的腹部斜面傾斜設置，棱錐部的兩個側斜面沿支板的縱向中平面對稱設置，各側斜面上均設置有導流孔，支板的與側斜面相交的兩個相對側面上均設置有與對應側的導流孔相連通的導流孔出口，底壁燃料噴孔設置在各支板的兩側。

進一步地，支板位于凹腔內的部分豎向設置有導流通道，導流孔和導流孔出口均連接至導流通道，并通過導流通道相連通。

進一步地，凹腔的底壁內設置有沿底壁燃料噴孔的排列方向延伸的第一橫向通道，第一橫向通道連通各底壁燃料噴孔，燃料接口連通至第一橫向通道。

進一步地，多個導流孔出口沿導流通道間隔設置，多個底壁燃料噴孔沿第一橫向通道間隔設置。

進一步地，火焰穩定器還包括豎向設置在凸塊上的上游燃料噴孔和橫向設置在支板的側壁上的側向燃料噴孔，上游燃料噴孔和側向燃料噴孔正交對應設置。

進一步地，凸塊上設置有沿支板的排列方向貫穿各支板的第二橫向通道，第二橫向通道連通各上游燃料噴孔和側向燃料噴孔，燃料接口連接至第二橫向通道。

進一步地，支板包括與第二橫向通道相交且豎向設置的支管，側向燃料噴孔與支管連通，各支管與導流孔和導流通道在支板內不相連通。