[發明專利]一種小型渦噴發動機增壓加力燃燒室的渦輪加力匹配系統

在審

• 申請號: 202310717595.1
• 申請日: 2023-06-16
• 公開（公告）號: CN116537953A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 羅楊;周雄;宋勇;何國忠;周君輝;王丹丹
• 申請（專利權）人: 四川航天中天動力裝備有限責任公司
• 主分類號: F02C7/22
• 分類號: F02C7/22;F02C7/232
• 代理公司: 成都四合天行知識產權代理有限公司 51274
• 代理人: 王麒懿

本發明公開了一種小型渦噴發動機增壓加力燃燒室的渦輪加力匹配系統，包括摻混流道和增壓環腔，所述摻混流道與所述增壓環腔連通，所述摻混流道與所述增壓環腔之間設有防回傳單元；所述防回傳單元用于控制流體經所述摻混流道定向流入所述增壓環腔內。以此，所述小型渦噴發動機增壓加力燃燒室渦輪前后落壓比得以保證且燃油不再提前發生自燃，所述渦輪工作狀態的穩定性得以保證。

技術領域

本發明涉及帶加力燃燒室的小型渦噴發動機領域，具體是一種小型渦噴發動機增壓加力燃燒室的渦輪加力匹配系統。

背景技術

加力燃燒室是航空發動機的重要部件，采用加力燃燒室能大幅增大發動機的單位迎面推力和推重比，全面改善飛機的機動性并擴大飛行包線。常規加力燃燒室尺寸長、重量大，進而限制了加力式渦輪發動機推重比性能的進一步提升。而用于小型渦噴發動機的加力燃燒室，其燃燒室筒體長度和直徑都相應縮小，使得燃油在燃燒室駐留時間大大縮短，大量燃油在尾噴管外燃燒，燃燒室性能下降。

由于增壓燃燒燃燒室具備燃燒增壓、燃燒速率快、燃燒效率高等優勢，一次起爆，就可連續增壓燃燒；在亞聲速至超聲速入流速度下，增壓燃燒燃燒室都可實現穩定工作。因此通過增壓燃燒技術構造增壓加力燃燒室，可使所述燃燒室的結構長度大幅縮短，加力燃燒室的結構尺寸和重量大大降低，發動機推重比得以大幅提高。但由于增壓燃燒會在增壓環腔頭部產生數千赫茲以上的高頻壓力脈動，且壓力脈動幅值很大，容易造成壓力回傳至渦輪，導致渦輪落壓比減小且偏離其設計點，進而造成渦輪輸出功率的下降，嚴重干擾渦輪的正常工作；此外，爆震波后產生的高溫高壓燃氣回流至增壓環腔進氣流道，還會造成噴入燃油提前發生自燃；由于壓力回傳和噴入燃油的提前自燃產生的火焰回傳，所述渦輪葉片溫度分布設計受到影響，渦輪葉片局部溫度升高，渦輪性能和壽命均降低；增壓燃燒技術構造的增壓加力燃燒室中渦輪易受影響的問題亟待解決。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中增壓加力燃燒室的渦輪易受爆震波影響的不足，提供了一種小型渦噴發動機增壓加力燃燒室的渦輪加力匹配系統，其包括摻混流道、增壓環腔和防回傳單元，所述防回傳單元安裝在所述摻混流道和所述增壓環腔之間；所述防回傳單元可對爆震波產生的高溫高壓燃氣的回傳進行抑制，降低了所述高溫高壓燃氣對渦輪的影響，解決了增壓燃燒技術構造的增壓加力燃燒室中渦輪易受爆震波影響的問題。

本發明的目的主要通過以下技術方案實現：

一種小型渦噴發動機增壓加力燃燒室的渦輪加力匹配系統，包括摻混流道和增壓環腔，所述摻混流道與所述增壓環腔連通，所述摻混流道與所述增壓環腔的連接處設有防回傳單元，所述防回傳單元用于控制流體經所述摻混流道定向流入所述增壓環腔內。

目前，為了實現短時間內發動機推力的大幅增加，航空發動機中常采用加力燃燒室在加力發動機上向燃氣或風扇后氣流噴油、點火以及燃燒以此提高飛機的機動性。但由于常規加力燃燒室的燃燒條件包括：進入加力燃燒室的氣體首先在擴壓器中減速并與噴嘴噴入的燃油摻混形成油氣混合氣流，為了使燃油濃度在整個加力燃燒室中有良好的分布，一般采用幾十個或幾百個離心式或直流式噴嘴噴油；所述噴嘴安裝在供油圈上，所述油氣混合氣流流過火焰穩定器后，形成回流區，使局部氣流流速降低以利于燃燒，同時另一部分燃油直接噴到火焰穩定器附近，以便在火焰穩定器后產生富油區，提高燃燒的穩定性。以此，加力燃燒室內氣流的壓力低且流速高，點燃的混合氣流要在較長的筒體內才能完成燃燒過程；而對于小型渦噴發動機而言，在采用加力燃燒室時，所述加力燃燒室筒體直徑和長度均應相應縮小，加力燃燒室性能大大降低，為了彌補以上不足，可采用增壓燃燒這類具備燃燒增壓且燃燒效率高等優勢的技術來構造增壓加力燃燒室；以此，所述加力燃燒室結構長度得以縮短，同時發動機推重比也得以大幅提高。但增壓燃燒產生的爆震波會導致壓力回傳至渦輪，造成渦輪落壓比減小，偏離設計點；此外，爆震波產生的高溫高壓燃氣還會由于回傳至增壓環腔進氣流道造成噴入燃油提前自燃進而造成對增壓加力燃燒室燃燒效率的影響，此外，噴入燃油提前自燃還會使得所述渦輪葉片局部溫度升高；以此，所述渦輪性能和壽命均受所述高溫高壓燃起回傳的影響。