[發明專利]采用旋轉滑動弧點火結構的燃燒室及航空發動機

在審

• 申請號: 202210945066.2
• 申請日: 2022-08-08
• 公開（公告）號: CN115342387A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 彭暢新;楊浩;劉逸博;李煒
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F23R3/42
• 分類號: F23R3/42;F23D11/38;F23D11/40;F23Q3/00
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發明公開了一種采用旋轉滑動弧點火結構的燃燒室，包括安裝機匣、布設于安裝機匣內且外壁面與安裝機匣的內壁面圍合形成空氣通道的火焰筒、布設于火焰筒的軸向進氣端上并與火焰筒的內腔連通的用于向火焰筒的內腔噴入經霧化的燃油的噴油霧化組件以及沿徑向穿設于安裝機匣和火焰筒并分別與空氣通道和火焰筒的內腔連通的用于在火焰筒的內腔產生旋轉滑動弧以點燃燃油的旋轉滑動弧發生器組件；旋轉滑動弧發生器組件包括沿火焰筒的徑向方向布設的中心電極、套設于中心電極外的絕緣套、套設于絕緣套外的旋流器、套設于旋流器外的發生器外套以及布設于安裝機匣外并分別與中心電極和發生器外套電連接的點火裝置，發生器外套的內腔與空氣通道連通。

技術領域

本發明涉及燃燒室結構技術領域，特別地，涉及一種采用旋轉滑動弧點火結構的燃燒室。此外，本發明還涉及一種包括上述采用旋轉滑動弧點火結構的燃燒室的航空發動機。

背景技術

點火性能是航空發動機及燃氣輪機燃燒室的關鍵性能指標之一，其決定了燃燒室乃至航空發動機的工作包線。而高原、高海拔和高寒等惡劣的氣候條件對燃燒室的正常工作發起了嚴峻的挑戰，原因在于上述環境中氣壓低、溫度低、含氧量不足，這些因素均不利于燃燒室的點火。以航空發動機燃燒室為例，一方面，壓力和溫度的降低會使得燃燒室的雷諾數下降，化學反應速率和火焰傳播速度下降；另一方面，溫度降低會使得燃油黏性顯著增加，導致燃油霧化質量下降，同時壓力降低還使得空氣氣動力減小，也會導致燃油霧化質量下降。此外，點火狀態下若燃燒室燃油流量小，供油壓力低，燃油的霧化質量也會顯著下降。也就是說，低溫低壓的工作環境與燃燒室對燃油霧化質量的高要求形成了一對矛盾。低溫低壓的條件不利于燃油的霧化，而良好的燃油霧化效果卻是保證燃燒室點火性能的必備條件。

然而，航空發動機燃燒室目前存在的幾種點火結構都存在不足：1)常規的點火電嘴，點火電嘴通過機匣上的安裝座伸入火焰筒，點火電嘴工作時產生電火花，以點燃燃料與空氣的混合物；這種點火結構的點火能量有限，電火花產生頻率較低，燃燒室點火時間較長，無法保證燃燒室在極端工況下的點火性能。2)等離子體點火電嘴，相對于常規的電火電嘴，其點火能量較大，但電極極易燒蝕。3)等離子體助燃激勵器，旋流器與電極在軸向錯開布置，一般在旋流器后段布置一段錐體電極，錐體電極與外殼形成一段先收縮再擴張的通道；這種點火結構由于電極與旋流器未集成在一起，激勵器的軸向長度較長，因此不適用于空間受限、對軸向長度有極高要求的航空發動機燃燒室上應用，此外，采用液態燃料的燃燒室，其對燃油霧化和油氣混合有嚴苛的要求，而由于等離子體助燃激勵器結構上的限制，等離子體助燃激勵器也不適用于采用液態燃料的燃燒室，適用范圍窄。4)渦流器與電極集成，渦流器存在與燃油噴嘴匹配性不好的問題，若文氏管與外層套筒放電，滑動弧在文氏管與外層套筒之間產生，而燃油霧錐集中在文氏管內部，電弧與文氏管在空間上錯開，導致與電弧接觸的燃油非常少，因此點火性能受限；若文氏管與燃油噴嘴放電，盡管燃油霧錐與電弧在空間上重疊，但電弧產生位置位于燃油噴嘴出口附近，燃油未經過充分的霧化和與空氣的摻混，也會導致點火效果受限。5)軌道式滑動弧激勵器，在文氏管內部流道設置一個中心錐體，將螺旋電極分別布置在錐體表面及文氏管內側壁面；這種點火結構由于電極完全裸露在流道內部，一方面，電極與文氏管不易貼合，不便于安裝和更換；另一方面，由于電極直接與燃油接觸，電極易被燃油污染，且存在電極積碳進而導致電極失效的問題。因此，這種方案在工程應用上有較大的局限性。

綜上所述，現有的航空發動機燃燒室中的各種點火結構都存在相應不足，無法滿足人們的使用需求。

發明內容

本發明提供了一種采用旋轉滑動弧點火結構的燃燒室及航空發動機，以解決現有的航空發動機燃燒室中的點火結構存在的極端工況下的點火性能無法保證、適用范圍小、電極易積碳而失效、電極引線安裝更換不方便且易被燃油影響技術問題。