[發明專利]一種斜切主燃孔助旋低污染回流燃燒室

有效

• 申請號: 201310244865.8
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN103292356A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 林宇震;王曉峰;張弛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F23R3/58
• 分類號: F23R3/58
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

技術領域

本發明涉及回流燃燒室的技術領域，具體涉及一種斜切主燃孔助旋低污染回流燃燒室。

背景技術

現代航空發動機燃燒室的基本性能和結構分布已經達到相當高的水平，但是對于現代航空發動機燃燒室來說，仍然存在大量的難題和挑戰，新材料、新工藝、新結構、新概念的發展應用才是保證其持續進步的源泉。

現代民用航空發動機燃燒室的主要發展趨勢是低污染燃燒。民用航空發動機燃燒室必須滿足日益嚴格的航空發動機污染排放標準。目前采用的CAEP6（Committee?on?Aviation?Environmental?Protection）標準對污染排放物的規定已經非常嚴格，特別是對NOx污染排放要求；而最新的CAEP8標準提出了將NOx的排放在CAEP6的排放標準上降低15%，隨著航空業的迅猛發展和人們環保意識的不斷提高，未來對燃氣輪機燃燒室污染排放會提出更高的要求。

起飛推力小于27kN（6000lb）的渦噴和渦扇發動機，所有的渦軸與渦槳發動機的氣體污染排放沒有制定規定。超過1000kW功率的渦槳發動機也只對冒煙進行了規定。之所以對小型發動機的污染排放不制定限制規定，是基于其對環境污染的影響相對于整體來說非常低，而控制污染的花費又比較昂貴。但是，國際性組織，國家和地區等污染規定部門并不同意小型發動機不受污染排放限制的規定。歐洲的兩個國家，瑞士與瑞典已經規定其境內機場降落費與污染排放相關。這些規定包含所有的渦軸與渦槳發動機。而且現在有很多正在進行的規劃對小型航空發動機的污染排放提出要求。所以降低污染排放已經成為小型航空發動機研制必需考慮的技術問題。

美國航空發動機的兩個著名公司GE和PW對低污染燃燒室早已著手研究，GE首先研發了雙環腔低污染燃燒DAC（用于GE90和CFM56），PW公司采用了RQL（富油燃燒-淬熄-貧油燃燒，Rich?burn-Quench-Lean?burn，簡稱RQL）低污染燃燒室TALON?II（用于PW4000和6000系列）。在下一代低污染燃燒室方面，GE公司采用LDM（Lean?Direct?Mixing?Combustion，貧油直接混合燃燒室）技術為其GEnx發動機研制的TAPS（Twin?Annular?Premixing?Swirler）低污染燃燒室。該燃燒室在臺架全環試驗驗證中，NOx污染排放比CAEP2排放標準降低了50％。GE公司申請了多項美國專利：申請號6363726、6389815、6354072、6418726、0178732、6381964和6389815，所有這些專利都是預燃級采用擴散燃燒、主燃級采用預混燃燒的燃燒組織方式，目的是降低排放指數最大的大工況下的NOx排放。PW公司繼續采用RQL方式提出了降低NOx污染排放的低污染燃燒室為TALON?X，采用的頭部形式是PW公司發展的空氣霧化噴嘴，燃燒室為單環腔，在V2500發動機扇型試驗段上的試驗結果比CAEP2標準降低了50%。Rolls-Royce公司采用LDM技術發展的低污染燃燒室是ANTLE，該燃燒室是一個單環腔分級燃燒室，其NOx污染排放比CAEP2標準降低了50％，用于其新一代發動機湍達1000。

中國的北京航空航天大學對低污染燃燒室也申請了200910238793.X、201010101574.X、201010034141.7、201010277014.X等多項專利，采用的方案是預燃級采用擴散燃燒方式，主燃級采用預混燃燒方式，主燃級為環形結構，軸向或徑向供油，采用多點噴射或是預膜霧化方式，目的是降低大工況下的NOx排放，從而使整個LTO循環的NOx的排放得到降低，但要進一步降低整個LTO循環的NOx的排放水平難度較大。

以上所述專利，都是針對推力較大的航空發動機燃燒室提出的降低污染排放的技術。本發明是針對小型航空發動機回流燃燒室提出的降低污染排放的新技術。依然采用傳統的旋流杯式空氣霧化噴嘴的富油頭部來保證燃燒室各個工況下的穩定燃燒。革新了傳統主燃孔設計，省去了燃燒的摻混孔。主燃孔帶有切向角度翻邊，使得內外環氣流對切射入火焰筒，與頭部旋轉氣流旋向一致，加強了環腔內的旋流強度，增強了氣液混合，使得頭部富油燃燒區域在經過主燃孔后迅速變為貧油燃燒，有利于消除局部燃燒熱點的存在，不僅提高了燃燒效率，而且火焰筒內當量比更加均勻，降低了NOx、CO和UHC。

發明內容