[發明專利]一種寬廣工作范圍氫燃料燃燒室及其工作方法

在審

• 申請號: 202110529401.6
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113587146A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 周瑜;張彎洲;謝松柏;母忠強;楊順華;羅佳茂;向周正;游進
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍32804部隊;中國空氣動力研究與發展中心空天技術研究所
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38;F23R3/12;F23R3/42
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王姝尹

本發明公開了一種寬廣工作范圍氫燃料燃燒室，包括氣態燃料旋流噴注器，氣態燃料旋流噴注器包括第一錐臺、第二錐臺、連接管和燃料管，第二錐臺設于第一錐臺內部，并與第一錐臺同軸布置，第二錐臺頂部為封閉結構，且其與第一錐臺之間形成有進料腔，第一錐臺側壁上形成有貫穿至第一錐臺底壁的空氣旋流孔，第二錐臺內部形成有中心流道，第二錐臺側壁上開設有貫通至中心流道的氣態燃料旋流孔，連接管為錐形結構，其一端與第一錐臺頂部連接，另一端與燃料管連通。該燃燒室不僅結構簡單，設計合理，操作方便，而且充分實現了氣態燃料與空氣高效混合以保證燃燒室穩定燃燒的技術效果，有效滿足了氣態燃料的燃燒組織需求，具有良好的市場應用前景。

技術領域

本發明涉及燃燒設備技術領域，更具體的說是涉及一種寬廣工作范圍氫燃料燃燒室及其工作方法。

背景技術

當前，國內外航空渦輪發動機均基于液態碳氫燃料(航空煤油)，在此基礎上根據減少排放的需求也開展了部分摻氫燃燒的方案研究，即主燃料仍然使用碳氫燃料，只是在燃燒室中加入一部分氫氣輔助燃燒，從而提高燃燒效率并減少排放，但是目前還沒有完全使用氣態燃料的航空發動機技術方案。

針對未來更寬速域的推進要求，國內外提出了幾種基于高效預冷技術的動力方案，如英國提出的“佩刀(SABRE)”和“彎刀(Scimitar)”發動機方案，以及日本提出的“ATREX”發動機方案等，上述發動機方案中雖然強預冷系統不盡相同，但均需要使用氫作為冷卻劑兼燃料。因此，純氣態燃料的航空發動機有可能成為未來寬速域推進系統的發展趨勢，而氣態燃料的燃燒組織是其中的關鍵問題之一。目前還沒有氣態燃料渦輪發動機燃燒室的相關技術方案。

因此，提供一種結構簡單，設計合理，操作方便，具有高效混合性能，能夠有效保證燃燒室穩定燃燒，充分滿足氣態燃料燃燒組織需求的寬廣工作范圍氫燃料燃燒室及其工作方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，為了解決現有技術中燃燒室無法滿足氣態燃料燃燒需求等技術問題，本發明提供了一種結構簡單，設計合理，操作方便，具有高效混合性能，能夠有效保證燃燒室穩定燃燒，充分滿足氣態燃料燃燒組織需求的寬廣工作范圍氫燃料燃燒室及其工作方法。

為了實現上述目的，本發明一方面采用如下技術方案：

一種寬廣工作范圍氫燃料燃燒室，包括氣態燃料旋流噴注器，所述氣態燃料旋流噴注器包括第一錐臺、第二錐臺、連接管和燃料管，所述第二錐臺設于所述第一錐臺內部，并與所述第一錐臺同軸布置，所述第二錐臺頂部為封閉結構，且其與所述第一錐臺之間形成有進料腔，所述第一錐臺側壁上形成有貫穿至所述第一錐臺底壁的空氣旋流孔，所述第二錐臺內部形成有中心流道，所述第二錐臺側壁上開設有貫通至所述中心流道的氣態燃料旋流孔，所述連接管為錐形結構，其一端與所述第一錐臺頂部連接，另一端與所述燃料管連通。

經由上述的技術方案可知，與現有技術方案相比，本發明公開提供了一種寬廣工作范圍氫燃料燃燒室，通過利用氣態燃料旋流噴注器中的連接管與燃料管和第一錐臺的連接結構，能夠使氣態燃料依次經由燃料管和連接管到達第二錐臺處，并經由氣態燃料旋流孔進入中心流道內，同時外部空氣經由第一錐臺上的空氣旋流孔與經由中心流道排出的氣態燃料在距離第一錐臺底部一定距離處高效混合，并使得混合后的氣體在氣態燃料旋流噴注器下游的火焰筒內進行正常燃燒，從而實現了使用氣態燃料為渦輪發動機提供動力的技術效果。本發明的一種寬廣工作范圍氫燃料燃燒室，不僅結構簡單，設計合理，操作方便，而且充分實現了氣態燃料與空氣高效混合以保證燃燒室穩定燃燒的技術效果，有效滿足了氣態燃料的燃燒組織需求，具有良好的市場應用前景。

進一步的，所述空氣旋流孔為多個，多個所述空氣旋流孔均勻間隔排布在所述第一錐臺側壁上。

采用上述技術方案產生的有益效果是，能夠充分保證足夠空氣的進入，便于使旋流后的空氣與氣態燃料高效混合后穩定燃燒。