[發(fā)明專利]一種分配式部分預(yù)混噴注裝置及燃燒室

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810272785.6
• 申請(qǐng)日: 2018-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN108613217B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉倩;潘亮;丁兆波;王洋洲;潘剛;盧明;孔維鵬;孫浩;馬曉秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天動(dòng)力研究所
• 主分類號(hào): F23R3/28
• 分類號(hào): F23R3/28;F23R3/52
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

一種分配式部分預(yù)混噴注裝置及燃燒室，所述的噴注裝置包括氫入口管(1)、氫分配裝置(2)、至少兩個(gè)氫噴嘴(3)以及與氫噴嘴數(shù)量一致的預(yù)混管(5)；氫分配裝置(2)為首尾相接的中心帶腔體結(jié)構(gòu)，氫入口管(1)與氫分配裝置(2)的內(nèi)腔連通，氫噴嘴(3)沿氫分配裝置(2)內(nèi)腔軸線均布安裝且貫穿連通；預(yù)混管(5)包括直筒段和擴(kuò)口段；直筒段套在氫噴嘴(3)外部且通過支撐片(4)保證二者同軸分布且二者之間形成一個(gè)空氣環(huán)腔，擴(kuò)口段伸出氫噴嘴，從氫噴嘴噴出的氫氣與從空氣環(huán)腔進(jìn)入的空氣在擴(kuò)口段進(jìn)行預(yù)混。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種分配式部分預(yù)混噴注裝置及燃燒室，可用于航空航天、熱能工程、燃燒技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

預(yù)冷渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是在傳統(tǒng)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加來流空氣預(yù)冷卻系統(tǒng)，同時(shí)將煤油等復(fù)雜組分燃料替換為高比熱、小分子量的氫燃料的新型循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)概念。該新型發(fā)動(dòng)機(jī)可作為超聲速、高超聲速巡航導(dǎo)彈的動(dòng)力系統(tǒng)，也可作為高速偵察機(jī)、遠(yuǎn)程攻擊機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，同時(shí)還是軌道飛行器第一級(jí)的理想動(dòng)力系統(tǒng)，具有很大的性能優(yōu)勢和寬廣的應(yīng)用前景。

主燃燒室是預(yù)冷渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要的組件之一，具有傳熱損失大及燃燒駐留時(shí)間短等特點(diǎn)，只有設(shè)計(jì)合理的噴注裝置，才能保證可靠點(diǎn)火和高效燃燒要求。傳統(tǒng)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室采用蒸發(fā)管結(jié)構(gòu)，煤油通過輸油管進(jìn)入蒸發(fā)管內(nèi)部，保證其可以充分吸熱蒸發(fā)并與管內(nèi)空氣摻混，便于點(diǎn)火。在預(yù)冷渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)中，液氫經(jīng)預(yù)冷器冷卻來流空氣后，溫度高達(dá)220K左右，密度非常小，與煤油相比，體積流量明顯增加，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)難以滿足工作要求。當(dāng)煤油替換為氣氫后，噴射速度明顯增加，與傳統(tǒng)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相比，可靠點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒變得尤其困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：本發(fā)明的目的在于提供一種分配式部分預(yù)混噴注裝置及燃燒室，易于實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒，其結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種分配式部分預(yù)混噴注裝置，包括氫入口管、氫分配裝置、至少兩個(gè)氫噴嘴以及與氫噴嘴數(shù)量一致的預(yù)混管；

氫分配裝置為首尾相接的中心帶腔體結(jié)構(gòu)，氫入口管與氫分配裝置的內(nèi)腔連通，氫噴嘴沿氫分配裝置內(nèi)腔軸線均布安裝且貫穿連通；預(yù)混管包括直筒段和擴(kuò)口段；直筒段套在氫噴嘴外部且通過支撐片保證二者同軸分布且二者之間形成一個(gè)空氣環(huán)腔，擴(kuò)口段伸出氫噴嘴，從氫噴嘴噴出的氫氣與從空氣環(huán)腔進(jìn)入的空氣在擴(kuò)口段進(jìn)行預(yù)混。

進(jìn)一步的，每個(gè)氫噴嘴朝氫分配裝置中心傾斜，氫噴嘴軸線與氫分配裝置中心軸線方向夾角5°-10°。

進(jìn)一步的，空氣環(huán)腔的截面面積與氫噴嘴截面面積之比3-3.5。

進(jìn)一步的，預(yù)混管的擴(kuò)口段與預(yù)混管直筒段軸線之間的夾角為7°-9°。

進(jìn)一步的，氫分配裝置為封閉的環(huán)形腔，環(huán)形腔為等截面或者變截面腔體。

進(jìn)一步的，當(dāng)氫分配裝置內(nèi)腔為變截面時(shí)，從氫入口管處開始沿兩側(cè)截面面積逐漸增大。

一種分配式預(yù)混燃燒室，包括所述的分配式部分預(yù)混噴注裝置、火焰筒內(nèi)殼、火焰筒外殼、火焰筒端蓋、軸套以及外機(jī)匣；

火焰筒內(nèi)殼、火焰筒外殼、火焰筒端蓋構(gòu)成燃燒室的燃燒區(qū)，分配式部分預(yù)混噴注裝置中的氫分配裝置固定在火焰筒外殼上，并通過設(shè)置在火焰筒外殼上的孔與氫噴嘴貫穿連通；預(yù)混管的上端固定在火焰筒外殼的內(nèi)壁上；外機(jī)匣、軸套分別與火焰筒外殼、火焰筒內(nèi)殼之間形成空氣流道，火焰筒內(nèi)殼、火焰筒外殼側(cè)壁上設(shè)置用于冷卻和補(bǔ)燃的孔陣；空氣通過空氣流道經(jīng)孔陣進(jìn)入燃燒區(qū)。

進(jìn)一步的，孔陣中的孔從靠近火焰筒端蓋向上逐排分布、相鄰兩排交錯(cuò)排布且盡可能的遍布整個(gè)燃燒區(qū)；火焰筒內(nèi)殼上孔陣的孔徑靠近兩端部分的孔徑小于中間部分的孔徑；火焰筒外殼上孔陣靠近燃燒區(qū)出口部分的孔徑大于其他部分的孔徑。

進(jìn)一步的，孔陣中與燃燒區(qū)出口最遠(yuǎn)的一排孔的位置距離火焰筒端蓋距離為8-8.5mm。