一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室

1.本发明涉及热能动力领域，尤其涉及一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室。

背景技术：

2.随着对当今航空发动机总体性能要求的不断提高，未来航空发动机在保持现有发动机的点火性能和贫油熄火性能的同时，必须具有超低排放、高效率、低成本的特点，提高性能和降低排放的双重需求推动了先进燃烧室设计的发展。
3.现用的航空涡轮发动机为了获得高效率和高功率的输出，需要涡轮叶片的快速旋转，通过将喷嘴导向叶片之间的高温高速气体射流冲击向涡轮叶片来实现，气体在涡轮叶片中进行膨胀加速，因此，涡轮叶片上的机械应力和热应力都非常高，以至于发动机的输出效率受到涡轮叶片的材料特性限制。由于涡轮叶片寿命缩短，即使很容易获得高温高速气体射流，这些射流也无法有效利用。通过稀释排气产生温度和速度适中的气体射流，并限制涡轮的旋转速度，可以获得较长的使用寿命，但这也导致效率低下和功率输出受限。现用航空涡轮发动机的另一个弱点在于热力学循环，理想的航空发动机循环是布雷顿循环，但在实际工作过程中，气体进入燃烧室之前，通过非旋转定子叶片从压气机中排出时受到阻滞，同时气体通过喷嘴导叶膨胀后驱动涡轮叶轮、燃烧室各个静止部件由于和旋流环境之间摩擦而产生压降，导致实际的热力学循环远不是理想的布雷顿循环。

技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，通过全环尺度的旋流进气产生卷吸，与主流射流孔射流相互作用，在火焰筒前壁面后形成回流区，起到油气掺混和火焰稳定的作用。
5.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，包括外壳、火焰筒、以及m个旋流叶片，m为大于2的自然数；所述外壳为两端开口的空心圆柱体；所述火焰筒包含旋流部和燃烧部；所述旋流部、燃烧部均为圆柱体，旋流部端面的半径大于燃烧部端面的半径，旋流部和燃烧部同轴固连且旋流部位于燃烧部上游；所述旋流部远离燃烧部的端面的中心设有贯穿旋流部伸入燃烧部内部的盲孔，作为主流进气通道；所述燃烧部的外壁上周向均匀设有n个和主流进气通道联通的主流射流孔，n为大于2的自然数；所述火焰筒置于外壳内，和外壳同轴；所述m个旋流叶片周向均匀设置在火焰筒旋流部和外壳之间，均一端和外壳的内壁固连、另一端和火焰筒旋流部的外壁固连，且安装角均相等。
6.作为本发明一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室进一步的优化方案，所述主流射流孔的轴线均和燃烧部的轴线垂直相交。
7.作为本发明一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室进一步的优化方案，所述n个主流射流孔横截面的总面积小于主流进气通道的横截面面积。
8.作为本发明一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室进一步的优化方案，所述火焰筒旋流部和外壳之间的间距为5~10mm，旋流叶片的安装角均为45
°
。
9.作为本发明一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室进一步的优化方案，令主流射流孔的轴线和火焰筒旋流部下游的端面之间的距离为q，旋流部外壁和燃烧部外壁之间的间距为p， q与p的比值为1.25。
10.作为本发明一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室进一步的优化方案，所述主流射流孔的高度为35mm，主流射流孔的高度满足整流需求，保证主流进气直射不偏折。
11.作为本发明一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室进一步的优化方案，所述n的范围为12~18，对旋流进气形成良好的截断效果。
12.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1. 在较小的结构内实现全环尺度的旋流，有利于与叶轮的匹配，输出较高的功率；2. 采用结构参数和气动参数共同作用，在较小的空间内实现回流区的建立；3. 在全环旋流产生的同时，兼顾了壁面的冷却效果，减轻了冷却结构设计的压力。
附图说明
13.图1为本发明的立体剖切结构示意图；图2为本发明的部分结构示意图；图3为本发明的剖面图。
14.图中，1-外壳，2-火焰筒，3-旋流进气通道，4-旋流叶片，5-主流进气通道，6-主流射流孔，7-火焰筒旋流部在下游的端面，8-回流区。
具体实施方式
15.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
16.为了降低叶轮机械产生的压降，提高发动机的热力学性能潜力，本发明提出了一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，该装置进出口均为旋流流场，出口气流冲击在自由涡轮上，避免了多级叶轮机结构导致的气流压降。通过全环尺度的旋流进气，装置出口气流也受到旋流的影响，出口气流带有旋转动量，出口气流可以直接作用在燃气涡轮具有较高反动度的动叶片上，可以产生较大的扭矩，输出较高的功率。
17.如图1、图2、图3所示，本发明公开了一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，包括外壳、火焰筒、以及m个旋流叶片，m为大于2的自然数；所述外壳为两端开口的空心圆柱体；所述火焰筒包含旋流部和燃烧部；所述旋流部、燃烧部均为圆柱体，旋流部端面的
半径大于燃烧部端面的半径，旋流部和燃烧部同轴固连且旋流部位于燃烧部上游；所述旋流部远离燃烧部的端面的中心设有贯穿旋流部伸入燃烧部内部的盲孔，作为主流进气通道；所述燃烧部的外壁上周向均匀设有n个和主流进气通道联通的主流射流孔，n为大于2的自然数；所述火焰筒置于外壳内，和外壳同轴；所述m个旋流叶片周向均匀设置在火焰筒旋流部和外壳之间，均一端和外壳的内壁固连、另一端和火焰筒旋流部的外壁固连，且安装角均相等。
18.所述主流射流孔的轴线均和燃烧部的轴线垂直相交。
19.所述n个主流射流孔横截面的总面积小于主流进气通道的横截面面积。
20.所述火焰筒旋流部和外壳之间的间距为5~10mm，旋流叶片的安装角均为45
°
。
21.令主流射流孔的轴线和火焰筒旋流部下游的端面之间的距离为q，旋流部外壁和燃烧部外壁之间的间距为p， q与p的比值为1.25。
22.所述主流射流孔的高度为35mm，主流射流孔的高度满足整流需求，保证主流进气直射不偏折。
23.所述n的范围为12~18，对旋流进气形成良好的截断效果。
24.火焰筒旋流部和外壳之间构成旋流进气通道，火焰筒燃烧部和外壳之间构成燃烧腔。气体进入旋流进气通道后，产生旋流贴着外壳进入燃烧腔内，所述主流进气通过主流进气通道由主流射流孔整流后入射火焰筒内；旋流进气与主流进气在火焰筒内作用，流场结构呈现卷吸作用，在火焰筒旋流部在下游的端面和n个主流射流孔之间形成回流涡，回流涡的产生可用于油气掺混和火焰稳定；所述回流区内的涡结构会随气动参数和结构参数的变化而产生变化，具有一定规律性。
25.旋流进气与主流进气一部分参与回流区的形成，一部分用以在燃烧状态下起到冷却物理壁面的作用。
26.本发明的出口气流自带旋流角度，可以与出口的叶轮机械匹配，有利于提高叶轮机械转速，提高输出效率和功率。本发明采用新的结构控制旋流进气与主流进气的相互作用，具有良好的油气掺混和全环尺度火焰稳定效果，且对现有技术燃烧室的问题加以改进，具有结构简单紧凑，重量轻的特点。
27.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
28.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，包括外壳、火焰筒、以及m个旋流叶片，m为大于2的自然数；所述外壳为两端开口的空心圆柱体；所述火焰筒包含旋流部和燃烧部；所述旋流部、燃烧部均为圆柱体，旋流部端面的半径大于燃烧部端面的半径，旋流部和燃烧部同轴固连且旋流部位于燃烧部上游；所述旋流部远离燃烧部的端面的中心设有贯穿旋流部伸入燃烧部内部的盲孔，作为主流进气通道；所述燃烧部的外壁上周向均匀设有n个和主流进气通道联通的主流射流孔，n为大于2的自然数；所述火焰筒置于外壳内，和外壳同轴；所述m个旋流叶片周向均匀设置在火焰筒旋流部和外壳之间，均一端和外壳的内壁固连、另一端和火焰筒旋流部的外壁固连，且安装角均相等。2.根据权利要求1所述的适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，所述主流射流孔的轴线均和燃烧部的轴线垂直相交。3.根据权利要求1所述的适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，所述n个主流射流孔横截面的总面积小于主流进气通道的横截面面积。4.根据权利要求1所述的适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，所述火焰筒旋流部和外壳之间的间距为5~10mm，旋流叶片的安装角均为45
°
。5. 根据权利要求2所述的适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，令主流射流孔的轴线和火焰筒旋流部下游的端面之间的距离为q，旋流部外壁和燃烧部外壁之间的间距为p， q与p的比值为1.25。6.根据权利要求2所述的适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，所述主流射流孔的高度为35mm，主流射流孔的高度满足整流需求，保证主流进气直射不偏折。7.根据权利要求1所述的适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，其特征在于，所述n的范围为12~18，对旋流进气形成良好的截断效果。

技术总结

本发明公开了一种适应全环大尺度旋流进气的燃烧室，包括外壳、火焰筒、以及M个旋流叶片；火焰筒包含同轴固连的旋流部和燃烧部；旋流部远离燃烧部的端面的中心设有贯穿旋流部伸入燃烧部内部的盲孔，作为主流进气通道；燃烧部的外壁上周向均匀设有N个和主流进气通道联通的主流射流孔；火焰筒置于外壳内，和外壳同轴；M个旋流叶片周向均匀设置在外壳和火焰筒旋流部之间。本发明通过全环进气的旋流和射流孔入射的主流相互作用形成回流区，用以油气掺混和火焰稳定，所述燃烧室内气流为全环尺度的旋流，出口气流带有旋转动量，与后端叶轮机械相匹配，利于提高叶轮机械的转速，提高输出效率和功率。效率和功率。效率和功率。