[發(fā)明專(zhuān)利]一種折疊V型鈍體駐渦火焰穩(wěn)定器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810450776.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108426267B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志強(qiáng);吳云柯
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F23R3/18
• 分類(lèi)號(hào): F23R3/18
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所 11121
• 代理人: 冀學(xué)軍

本發(fā)明公開(kāi)了一種折疊V型鈍體駐渦火焰穩(wěn)定器，屬于熱能與動(dòng)力工程領(lǐng)域，由若干組結(jié)構(gòu)相同或相近的折疊V型鈍體駐渦火焰穩(wěn)定器單體組合成，每個(gè)火焰穩(wěn)定器單體包括兩個(gè)等截面、等翼展長(zhǎng)度的翼面按角度α焊接而成，或者通過(guò)高溫合金增材制造直接制成；組合形式為徑向，周向，或徑向與周向混合。工作時(shí)，來(lái)流卷攜燃料流經(jīng)兩個(gè)翼面，流體在平面V型鈍體下游形成一對(duì)流向旋渦，來(lái)流從兩個(gè)翼面的邊緣開(kāi)口處向兩個(gè)翼面的中心平面方向流動(dòng)，形成沿展向分布的旋渦；流向旋渦與展向分布的旋渦在下游形成一對(duì)駐渦，在駐渦中心位置布置點(diǎn)火裝置。火焰保持穩(wěn)定，吹熄邊界寬，總壓恢復(fù)系數(shù)高；易于與航空發(fā)動(dòng)機(jī)已有型號(hào)進(jìn)行匹配，改進(jìn)現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱能與動(dòng)力工程領(lǐng)域，具體是一種折疊V型鈍體駐渦火焰穩(wěn)定器。

背景技術(shù)

加力燃燒室是軍用航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)別于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要特征之一，它通過(guò)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管上游利用主燃燒室未燃盡的氧氣組織二次點(diǎn)火燃燒，來(lái)進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管?chē)姵龅娜細(xì)鉁囟群腿細(xì)馑俣龋苟虝r(shí)間內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)推力得到大幅提升。

加力燃燒室可以短時(shí)間內(nèi)提高飛機(jī)推重比，全面改善戰(zhàn)機(jī)機(jī)動(dòng)性并擴(kuò)大飛行包線(xiàn)(可將升限提高到22～23km，最大飛行馬赫數(shù)提高到2.5～3)，提升戰(zhàn)機(jī)短距起飛、制空、截?fù)簟⑼环篮吞右莸汝P(guān)鍵能力，其性能也直接影響到戰(zhàn)機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備的極限性能，往往在加力燃燒開(kāi)啟的數(shù)分鐘甚至數(shù)秒鐘內(nèi)，就將決定戰(zhàn)機(jī)和飛行員的生死存亡，決定導(dǎo)彈的突防成敗和命中率。然而也正由于加力燃燒室始終工作于發(fā)動(dòng)機(jī)極限工況附近，其工作環(huán)境也是發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件中條件最為惡劣處之一，惡劣的工況給航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室設(shè)計(jì)帶來(lái)的首要問(wèn)題，就是燃燒不穩(wěn)定性問(wèn)題。如參考文獻(xiàn)[1]：《燃燒不穩(wěn)定性模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)》；張蒙正著，西北工業(yè)大學(xué)出版社，將加力燃燒室的燃燒不穩(wěn)定性以類(lèi)似于聲學(xué)諧振型振蕩的形式，依據(jù)頻率分為低頻、中頻和高頻燃燒不穩(wěn)定性。

加力燃燒室內(nèi)的燃燒不穩(wěn)定除了導(dǎo)致火焰振蕩猝熄(extinct)外，還可能導(dǎo)致①燃燒室局部熱載荷提高，造成結(jié)構(gòu)材料變形、燒蝕甚至完全失效；②火焰脈動(dòng)產(chǎn)生的過(guò)載載荷造成機(jī)械破壞；③造成發(fā)動(dòng)機(jī)性能偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)，推力劇烈波動(dòng)，如起飛階段燃燒失穩(wěn)，將導(dǎo)致推力驟降、機(jī)毀人亡的惡性事故；④給發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管(尤其是新型發(fā)動(dòng)機(jī)的矢量推力噴管)精確控制帶來(lái)困難。因此，在加力燃燒室內(nèi)必須合理設(shè)計(jì)安裝與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)性能、設(shè)計(jì)工況相匹配的火焰穩(wěn)定器，以確保在惡劣條件下仍能夠較好地組織點(diǎn)火、穩(wěn)定燃燒。

火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)和布局決定了加力燃燒室的點(diǎn)火性能、火焰穩(wěn)定性能、燃燒效率和流動(dòng)阻力，也因此，提升火焰穩(wěn)定器的燃燒綜合性能、降低火焰穩(wěn)定器的阻力，就能夠直接提升加力燃燒室的性能，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的總體性能。

如美國(guó)YF-120在原型機(jī)研發(fā)時(shí)，利用三維流設(shè)計(jì)的新方法，克服了加力燃燒室大量采用徑向穩(wěn)定器容易導(dǎo)致燃燒振蕩的問(wèn)題，提出了一種以徑向火焰穩(wěn)定器為主的、由中心環(huán)狀V形穩(wěn)定器與12根徑向穩(wěn)定器組合而成的加力燃燒室穩(wěn)燃方案；參考文獻(xiàn)[2]：《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析》，陳光著。

目前軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室火焰穩(wěn)定器最常用的鈍體結(jié)構(gòu)即為V形鈍體，即火焰穩(wěn)定器的二維單元體結(jié)構(gòu)是V形結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際需求，在軸向上將二維V形單元體拉伸成三維的火焰穩(wěn)定器單元體，最后通過(guò)一定的組合形式，將這些三維火焰穩(wěn)定器單元體組合為環(huán)形火焰穩(wěn)定器、徑向火焰穩(wěn)定器或環(huán)形和徑向的組合，實(shí)際上用于形成值班火焰的蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器也可以看作是一種自帶油氣噴嘴的V形鈍體。

但是V形鈍體的缺點(diǎn)也十分明確，即非加力狀態(tài)的總壓損失大，火焰穩(wěn)定性只受來(lái)流油氣比控制，點(diǎn)火油氣比高，貧油穩(wěn)定燃燒范圍較窄，高空接通加力可靠性差，火焰穩(wěn)定器壁溫不均勻，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形等。為此早期的一個(gè)簡(jiǎn)單改進(jìn)是采用縫隙V型(雙V型)鈍體結(jié)構(gòu)，參考文獻(xiàn)[3]：張洪濱,王紀(jì)根.雙V型火焰穩(wěn)定器的研制和應(yīng)用[J].推進(jìn)技術(shù),1994,15(3):38-43.)，雙V形火焰穩(wěn)定器在主要設(shè)計(jì)參數(shù)方面與V形火焰穩(wěn)定器基本一致，不同之處在于雙V形火焰穩(wěn)定器的前緣增加了一個(gè)較小的V形穩(wěn)定器，通過(guò)大小火焰穩(wěn)定器的套疊，在頭部形成兩道一定寬度的進(jìn)氣縫。