一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室

1.本发明属于航空发动机及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室。


背景技术：

2.加力燃烧室可以在特定情形下，向涡轮后流出的燃气中喷入燃料进行再次燃烧，以短时间内增大发动机推力，使飞行器获得速度优势，在航空发动机领域得到广泛应用和发展。
3.目前航空发动机加力燃烧室存在尺寸、重量大、耗油率高、点火困难、易振荡燃烧等现实问题，一体化加力新型燃烧室在提高航空发动机点火能力、减小流体阻力，提高燃烧效率等方面存在明显的优势。由于一体化加力燃烧室具有巨大的优势和前景，国内外都已经开展了相关方面的研究工作。ge公司研制的f120、f110发动机即初步实现了支板-混合器-稳定器-喷油杆的一体化设计，其中主要包括支板与喷油杆一体化和混合器与径向/环形稳定器一体化。此外，普惠公司则采用了涡轮后框架一体化的设计方案，是目前一体化程度最高的加力燃烧方案。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其内锥体与机匣共同构成气流流动的通道。内锥体后侧的凹腔，用于产生小的回流区。凹腔两侧设置有等离子体点火器，等离子体点火器可直接作用于凹腔处燃油/空气混合气的燃烧过程中，利用富含活性粒子的等离子体加速点火与燃烧过程，提高了燃烧的稳定性。
5.为解决上述问题，本发明提供了一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室。本发明是通过以下技术方案实现的：一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于，包括机匣、径向火焰稳定器、内锥体和等离子体点火器；
6.所述机匣包括加力燃烧室机匣和内涵道机匣，所述加力燃烧室机匣用于将外界与发动机内部相隔开，所述内涵道机匣设置在加力燃烧室机匣的内部，所述加力燃烧室机匣和内涵道机匣之间围成的环形通道为外涵道；
7.所述径向火焰稳定器贯穿整个外涵道且所述径向火焰稳定器的最外侧与加力燃烧室机匣相连接；
8.所述内锥体设置在内涵道机匣的内部，所述内锥体和内涵道机匣围成的环形通道为内涵道，所述径向火焰稳定器的内侧与内锥体相连，所述内锥体的靠近发动机尾焰的一端设置有凹腔；
9.所述等离子体点火器位于径向火焰稳定器根部靠近内锥体的凹腔处。
10.上述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述等离子体点火器正极位于凹腔靠近径向火焰稳定器根部的一侧，所述等离子体点火器负极位于凹腔远
离径向火焰稳定器根部的一侧。
11.上述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括支板，所述支板设置在内锥体的外侧且与所述径向火焰稳定器前侧相连接。
12.上述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括输油圈、喷油杆和喷油嘴，所述输油圈设置在加力燃烧室机匣的外侧；所述喷油杆的一端与加力燃烧室机匣外侧的输油圈相连通；所述喷油嘴与所述喷油杆相连通；
13.其中，所述径向火焰稳定器上设置有空心腔体，所述喷油杆的另一端穿过所述径向火焰稳定器的空心腔体后伸入内锥体内，所述径向火焰稳定器的两个侧面的后部及后端面上进开设有与所述空心腔体连通的喷油嘴通孔，所述喷油嘴设置在所述喷油嘴通孔内且与所述空心腔体内的喷油杆相连通。
14.上述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述径向火焰稳定器上还开有通气孔，所述通气孔位于径向火焰稳定器的两个侧面及后端面上，且所述通气孔位于对应的所述喷油嘴通孔的前侧、后侧的位置上。
15.上述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述支板绕锥体一周一体化布置且支板-凹腔采用一体化设计。
16.上述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括隔振屏所述隔振屏连接在加力燃烧室机匣的后半段上且位于加力燃烧室机匣的内侧。
17.本发明与现有技术相比具有以下优点：
18.1、本发明内锥体与机匣共同构成气流流动的通道。内锥体后侧的凹腔，用于产生小的回流区。凹腔两侧设置有等离子体点火器，等离子体点火器放电产生的等离子体激励可直接作用于凹腔处燃油/空气混合气的燃烧过程中，利用富含活性粒子的等离子体加速点火与燃烧过程，提高了燃烧的稳定性。
19.2、本发明采用的大小回流区设计不仅降低总压损失和提高飞机推力质量比，还提高了加力燃烧室材料耐久性和使用寿命；兼顾内、外涵道气体的燃烧稳定性，也提高了结构可靠性。
20.3、本发明采用一体化设计，缩短了发动机的长度、减轻了发动机的质量，并降低了流动损失。
21.4、本发明采用等离子体点火器点火，等离子体点火器工作时，在正极、负极之间产生放电等离子体，可直接作用于凹腔处燃油/空气混合气的燃烧过程中，一方面等离子体放电能够促进燃油的雾化裂解，另一方面等离子体中活性粒子能够增强燃烧化学反应速率，扩大稳定燃烧范围，提高燃烧效率。
22.下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。
附图说明
23.结合附图并参考以下具体实施方式，本发明各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理
解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
24.图1示出了本发明实施例中加力燃烧室的外部结构示意图。
25.图2示出了本发明实施例中加力燃烧室剖视图。
26.图3示出了图2的a出放大图。
27.图4示出了本发明内锥体的结构示意图。
28.图5示出了本发明支板的立体结构示意图。
29.附图标记说明：
30.11—加力燃烧室机匣；12—内涵道机匣；13—外涵道；
31.20—径向火焰稳定器；30—内锥体；31—内涵道；
32.32—凹腔；41—等离子体点火器正极；
33.42—等离子体点火器负极；50—支板；
34.51—空心腔体；52—喷油嘴通孔；53—通气孔；
35.60—输油圈；61—喷油杆；62—喷油嘴；
36.70—隔振屏。
具体实施方式
37.在此面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
38.请参考图1，其示出了本发明实施例可以应用于其中的示例性系统架构图。
39.如图2和图4所示，本发明公开了一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，包括机匣、径向火焰稳定器20、内锥体30和等离子体点火器40。
40.所述机匣包括加力燃烧室机匣11和内涵道机匣12，所述加力燃烧室机匣11用于将外界与发动机内部相隔开，所述内涵道机匣12设置在加力燃烧室机匣11的内部，所述加力燃烧室机匣11和内涵道机匣12之间围成的环形通道为外涵道13；所述径向火焰稳定器20贯穿整个外涵道13且所述径向火焰稳定器20的最外侧与加力燃烧室机匣11相连接；所述内锥体30设置在内涵道机匣12的内部，所述内锥体30和内涵道机匣12围成的环形通道为内涵道31，所述径向火焰稳定器20的内侧与内锥体30相连，所述内锥体30的靠近发动机尾焰的一端设置有凹腔32，所述等离子体点火器40位于径向火焰稳定器20根部靠近内锥体30的凹腔32处。
41.本实施例中内锥体30与机匣共同构成气流流动的通道。内锥体30后侧即靠近尾焰的一侧设置有凹腔32，用于产生小的回流区。凹腔32两侧设置有等离子体点火器40，等离子体点火器40可直接作用于凹腔32处燃油/空气混合气的燃烧过程中，利用富含活性粒子的等离子体加速点火与燃烧过程，提高了燃烧的稳定性。
42.如图2和图4所示，所述等离子体点火器正极41位于凹腔32靠近径向火焰稳定器20根部的一侧，所述等离子体点火器负极42位于凹腔32远离径向火焰稳定器20根部的一侧。
43.本实施例中，等离子体点火器工作时，在正极、负极之间产生放电等离子体，可直接作用于凹腔32处燃油/空气混合气的燃烧过程中，一方面等离子体放电能够促进燃油的
雾化裂解，另一方面等离子体中活性粒子能够增强燃烧化学反应速率，扩大稳定燃烧范围，提高燃烧效率。
44.如图2所示，所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括支板50，所述支板50设置在内锥体30的外侧且与所述径向火焰稳定器20前侧相连接。
45.如图1至图4所示，所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括输油圈60、喷油杆61和喷油嘴62，所述输油圈60设置在加力燃烧室机匣11的外侧；所述喷油杆61的一端与加力燃烧室机匣11外侧的输油圈60相连通；所述喷油嘴62与所述喷油杆61相连通。其中，所述径向火焰稳定器20上设置有空心腔体51，所述喷油杆61的另一端穿过所述径向火焰稳定器20的空心腔体51后伸入内锥体30内，所述径向火焰稳定器20的两个侧面的后部及后端面上开设有与所述空心腔体51连通的喷油嘴通孔52，所述喷油嘴62设置在所述喷油嘴通孔52内且与所述空心腔体51内的喷油杆61相连通。
46.本实施例中，内锥体30靠近尾焰的一端设置凹腔32，支板50安装在内锥体30与内涵道机匣12之间的气流通道内。径向火焰稳定器20和内锥体采用一体化设计，喷油杆61置于径向火焰稳定器20内部；径向火焰稳定器20绕内锥体30一周一体化布置；点火器位于径向火焰稳定器20根部靠近内锥体30的凹腔32处；外涵道13出口位于径向火焰稳定器20后，气流从内外涵31流出至径向火焰稳定器20后混合；部分喷嘴位于径向火焰稳定器20上所设小孔内；燃油从径向火焰稳定器20侧面小孔内的喷嘴喷出。从外涵来的气流在径向火焰稳定器20分成两部分，一小部分流进支径向火焰稳定器内部，进而从径向火焰稳定器20后端流出与内涵燃气混合；另一大部分从径向火焰稳定器20后部流出与内涵气流混合；两部分气流在径向火焰稳定器20后部形成一个大回流区，从而起到稳定火焰，延长火焰驻留时间从而使燃烧更加充分。在内锥体上还存在一个小回流区，燃气流经这里在这里驻留时间变长，从而形成值班火焰，有利于引燃其他部位的燃气，提高点燃效率，也能稳定火焰，促进燃气的充分燃烧。
47.本实施例中，气流通过内外涵道在支板及径向火焰稳定器20后侧形成大回流区提高了燃烧的稳定性，内锥体凹腔利用了凹腔处低速回流的联焰作用，同时利用径向火焰稳定器稳定火焰。
48.如图3和图5所示，所述径向火焰稳定器20上还开有通气孔53，所述通气孔53位于径向火焰稳定器20的两个侧面及后端面上，且所述通气孔53位于对应的所述喷油嘴通孔52的前侧、后侧的位置上。
49.本实施例中，所述喷油杆61插入支板50中间，燃油从支板50侧面的喷油嘴通孔52内的喷油嘴62内喷出，在径向火焰稳定器20上对应喷油嘴通孔52的前后位置开有通气孔53,通气孔53喷出的空气射流会改善燃油射流的穿透和燃油质量分数分布。喷油杆61与支板50及径向火焰稳定器20近距匹配，能够使燃油在支板50及径向火焰稳定器20表面上雾化形成油膜，并在径向火焰稳定器20尾部和凹腔前部二次雾化，提高燃油利用率。
50.本实施例中，所述支板绕锥体一周一体化布置且支板-凹腔采用一体化设计，克服了现有加力燃烧室重量体积大、流动损失大、阻力大、提高火焰燃烧稳定性等问题。
51.如图2所示，所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括隔振屏70所述隔振屏70连接在机匣的后半段上。
52.本发明在改变原来一般燃烧室的基础上，整体采用一体化设计减小重量体积、支
板-凹腔一体化设计减小了流动损失和阻力。喷油杆与径向火焰稳定器近距匹配，能够使燃油在支板表面上雾化形成油膜，并在径向火焰稳定器尾部和凹腔前部二次雾化，提高燃油利用率。内锥体凹腔利用了凹腔处低速回流的联焰作用，同时利用径向火焰稳定器稳定火焰。
53.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于，包括：机匣，所述机匣包括加力燃烧室机匣(11)和内涵道机匣(12)，所述加力燃烧室机匣(11)用于将外界与发动机内部相隔开，所述内涵道机匣(12)设置在加力燃烧室机匣(11)的内部，所述加力燃烧室机匣(11)和内涵道机匣(12)之间围成的环形通道为外涵道(13)；径向火焰稳定器(20)，所述径向火焰稳定器(20)贯穿整个外涵道(13)且所述径向火焰稳定器(20)的最外侧与加力燃烧室机匣(11)相连接；内锥体(30)，所述内锥体(30)设置在内涵道机匣(12)的内部，所述内锥体(30)和内涵道机匣(12)围成的环形通道为内涵道(31)，所述径向火焰稳定器(20)的内侧与内锥体(30)相连，所述内锥体(30)的靠近发动机尾焰的一端设置有凹腔(32)；等离子体点火器(40)，所述等离子体点火器(40)位于径向火焰稳定器(20)根部靠近内锥体(30)的凹腔(32)处。2.根据权利要求1所述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述等离子体点火器(40)包含等离子体点火器正极(41)和等离子体点火器负极(42)，所述等离子体点火器正极(41)位于凹腔(32)靠近径向火焰稳定器(20)根部的一侧，所述等离子体点火器负极(42)位于凹腔(32)远离径向火焰稳定器(20)根部的一侧。3.根据权利要求2所述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括支板(50)，所述支板(50)设置在内锥体(30)的外侧且与所述径向火焰稳定器(20)前侧相连接。4.根据权利要求3所述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括：输油圈(60)，所述输油圈(60)设置在加力燃烧室机匣(11)的外侧；喷油杆(61)，所述喷油杆(61)的一端与加力燃烧室机匣(11)外侧的输油圈(60)相连通；喷油嘴(62)，所述喷油嘴(62)与所述喷油杆(61)相连通；其中，所述径向火焰稳定器(20)上设置有空心腔体(51)，所述喷油杆(61)的另一端穿过所述径向火焰稳定器(20)的空心腔体(51)后伸入内锥体(30)内，所述径向火焰稳定器(20)的两个侧面的后部及后端面上进开设有与所述空心腔体(51)连通的喷油嘴通孔(52)，所述喷油嘴(62)设置在所述喷油嘴通孔(52)内且与所述空心腔体(51)内的喷油杆(61)相连通。5.根据权利要求4所述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述径向火焰稳定器(20)上还开有通气孔(53)，所述通气孔(53)位于径向火焰稳定器(20)的两个侧面及后端面上，且所述通气孔(53)位于对应的所述喷油嘴通孔(52)的前侧、后侧的位置上。6.根据权利要求1所述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述支板绕锥体一周一体化布置且支板-凹腔采用一体化设计。7.根据权利要求5所述的一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其特征在于：所述凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室还包括隔振屏(70)所述隔振屏(70)连接在加力燃烧室机匣(11)的后半段上。

技术总结
本发明公开了一种凹腔等离子体激励一体化加力燃烧室，其包括机匣、径向火焰稳定器、内锥体和等离子体点火器，机匣包括加力燃烧室机匣和内涵道机匣，加力燃烧室机匣和内涵道机匣之间围成的环形通道为外涵道；径向火焰稳定器贯穿整个外涵道；内锥体和内涵道机匣围成的环形通道为内涵道，内锥体的靠近发动机尾焰的一端设置有凹腔，等离子体点火器位于径向火焰稳定器根部靠近内锥体的凹腔处。本发明的内锥体与机匣共同构成气流流动的通道。内锥体后侧的凹腔，用于产生小的回流区。凹腔两侧设置有等离子体点火器，等离子体点火器可直接作用于凹腔处燃油/空气混合气的燃烧过程中，形成联焰，提高了燃烧的稳定性。提高了燃烧的稳定性。提高了燃烧的稳定性。


技术研发人员：赵兵兵 刘明金 魏国振 李志远
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军工程大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/31