[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室等離子體輔助霧化點火噴嘴

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811577418.3
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109668169B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于錦祿;蔣陸昀;蔣永健;陳朝;李海祥;楊犇鑫;胡雅驥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號: F23Q7/00
• 分類號: F23Q7/00;F23Q7/22
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 線飛祥

本發(fā)明公開了一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室等離子體輔助霧化點火噴嘴，包括電極安裝座、旋流器、陰極霧化錐、陽極文氏管和電纜，旋流器安裝在電極安裝座前部內(nèi)，旋流器和電極安裝座共同構(gòu)成帶旋流器的電極安裝座，陽極文氏管由等徑段和收斂擴(kuò)散段組成，帶旋流器的電極安裝座安裝在燃燒室火焰筒內(nèi)頭部處，收斂擴(kuò)散段位于燃燒室火焰筒內(nèi)，燃燒室火焰筒、陽極文氏管、帶旋流器的電極安裝座和陰極霧化錐均同軸設(shè)置，電纜的上端安裝在燃燒室火焰筒上，電纜下端依次穿過燃燒室火焰筒和電極安裝座后與等徑段的外壁連接。本發(fā)明能滿足先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)燃燒室對短點火延遲時間、寬點熄火邊界、高燃燒效率、良好出口溫度場分布以及低污染物排放的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空動力等離子體點火與助燃技術(shù)和等離子體液體燃料裂解技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室等離子體輔助霧化點火噴嘴。

背景技術(shù)

燃燒室作為航空發(fā)動機(jī)的一個核心部件，隨著裝備不斷的更新?lián)Q代，軍民用領(lǐng)域?qū)娇瞻l(fā)動機(jī)燃燒室的性能提出了更高的要求，對于常規(guī)的點火燃燒方式來說，其無法在大范圍內(nèi)滿足燃燒室的高性能要求。等離子體點火與助燃技術(shù)作為近年來興起的一項新型技術(shù)，因為其獨有的優(yōu)勢而得到相關(guān)領(lǐng)域人員普遍認(rèn)可，在航空發(fā)動機(jī)中實施等離子體點火與助燃的優(yōu)勢有：提高點火速率、減小點火延遲時間、提高燃燒效率、擴(kuò)寬穩(wěn)定燃燒范圍、改善出口溫度場品質(zhì)、減小污染物排放等。國內(nèi)外對等離子體點火與助燃技術(shù)的研究主要集中在非平衡等離子體，一方面利用產(chǎn)生的非平衡態(tài)等離子體中的高能電子與可燃混合氣中的原子、分子等粒子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生大量諸如氧原子、臭氧、離子的活性粒子引發(fā)燃料的鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)；另一方面，利用在產(chǎn)生非平衡態(tài)等離子體的放電過程中產(chǎn)生的離子風(fēng)，促進(jìn)燃料的混合，增加活性粒子與其余粒子的接觸面積，使鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)更快更好地發(fā)生，從而加快燃燒的反應(yīng)進(jìn)程。目前在燃燒室中運用等離子體進(jìn)行點火與助燃的方式有兩種，第一種是在燃燒室外生成等離子體后將等離子體導(dǎo)入燃燒室中，第二種是直接在燃燒室中加入等離子體生成器直接在燃燒室內(nèi)生成等離子體參與實現(xiàn)點火與助燃。2016年中國人民解放軍空軍工程大學(xué)何立明團(tuán)隊研制了一種航空發(fā)動機(jī)燃燒室旋轉(zhuǎn)滑動弧等離子體助燃激勵器，在國內(nèi)首次將等離子體助燃技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有航空發(fā)動機(jī)燃燒室，并取得了成功。

等離子體燃料裂解是一種航空動力領(lǐng)域中的新型等離子體點火與助燃技術(shù)，通過氣體放電形成局部均勻的、具有化學(xué)活性組分的離子化氣體，產(chǎn)生化學(xué)和氣動雙重效應(yīng)，加強(qiáng)等離子體及其相鄰區(qū)域內(nèi)的燃燒狀態(tài)。等離子體燃料裂解的基本原理為：在燃料的流經(jīng)區(qū)域?qū)嵤┑入x子體放電，目前有介質(zhì)阻擋放電或滑動弧放電等形式，放電過程中高能電子與燃料分子發(fā)生撞擊，將燃料大分子的碳鏈打斷成低碳鏈的小分子和活性粒子。在提高燃燒效率、擴(kuò)寬穩(wěn)定燃燒范圍、改善出口溫度場品質(zhì)、減少污染物排放等方面具有巨大的優(yōu)勢和前景。

但是，由于航空發(fā)動機(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件及其惡劣等特點，目前國內(nèi)外僅有一種應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)燃燒室的燃油裂解頭部，是由中國人民解放軍空軍工程大學(xué)何立明團(tuán)隊發(fā)明的，其專利公開號為CN108180075A，但是由于其一方面噴嘴采用常規(guī)噴嘴，且放電區(qū)域位于文氏管與喇叭口之間，形成的等離子體與燃油的作用時間不長、及作用范圍不大，并且經(jīng)過旋流器的旋轉(zhuǎn)氣流只占噴嘴處氣流的一部分，沒有充分發(fā)揮旋轉(zhuǎn)氣流對燃油霧化的促進(jìn)作用，因此沒有最大化等離子體對燃料的裂解作用；另一方面，旋流器進(jìn)氣方向與燃油裂解頭部進(jìn)氣方向垂直，供氣存在一定不足。這兩個方面帶來的問題是：燃油霧化效果不好，形成的霧化液滴不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)生的等離子體與燃油液滴作用時裂解不夠充分，使得點火助燃效果有一定欠缺。2012年哈爾濱工程大學(xué)研制了一種等離子體強(qiáng)化霧化噴嘴并申請了發(fā)明專利，公開號為CN202757149U，其采用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生等離子體對液態(tài)燃料部分裂解并在液態(tài)燃料內(nèi)形成氣體微團(tuán)，通過旋流器之后在噴嘴出口瞬間爆破從而增強(qiáng)霧化效果。但是其所采用的介質(zhì)阻擋放電所產(chǎn)生的等離子體在同等輸入功率下能量要小于滑動弧等離子體所產(chǎn)生的能量，并且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃油垂直進(jìn)入噴嘴有一定損失，且不便安裝于航空發(fā)動機(jī)燃燒室頭部，故不適用于航空發(fā)動機(jī)燃燒室。

發(fā)明內(nèi)容