燃气涡轮发动机及用于其的燃料喷嘴、燃烧室、燃料环和抑制振荡燃烧方法与流程

1.本发明涉及航空发动机领域，具体涉及燃气涡轮发动机及用于其的燃料喷嘴、燃烧室、燃料环和抑制振荡燃烧方法。


背景技术：

2.现代低污染贫燃发动机燃烧室极易出现燃烧振荡现象，燃烧振荡现象影响燃气轮机和航空发动机安全稳定工作，该振荡可进一步导致发动机结构的振动，限制发动机转速和负荷上升、诱发熄火和回火、导致发动机部件失效、爆炸等严重后果。另外，在航空发动机和燃气轮机研制过程中，常常因为发生热声振荡现象而影响部件及整机的研制过程，拖延项目研制进展。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴。
4.本发明的另一目的是提供一种用于燃气涡轮发动机的燃烧室。
5.本发明的又一目的是提供一种燃气涡轮发动机。
6.本发明的又一目的是提供一种用于燃气涡轮发动机的抑制振荡燃烧的方法。
7.本发明的又一目的是提供一种用于燃料涡轮发动机的燃料环。
8.根据本发明一方面的一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴，包括：燃料环，包括环体以及多个燃料喷孔，所述多个燃料喷孔沿所述环体的周向分布，所述多个燃料喷孔的喷射方向为径向；环形内壁；环形外壁，围绕至少部分的所述环形内壁形成环形腔室；其中，所述多个燃料喷孔至少包括具有不同轴向位置的喷孔组，所述喷孔组，采用环形布置的方式被设置在所述环体，形成沿所述环体的轴向分布的多个同轴环形，所述喷孔组，可被选择性地组合，以形成抑制振荡燃烧的至少一个组合。
9.本技术的技术方案通过设置不同轴向位置的喷孔组，使得从不同喷孔组喷射出的燃料从喷射位置到火焰锋面具有不同的飞行时间，进而增大热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间分布范围，降低燃烧室燃料燃烧热释放率脉动和压力脉动同相位正向耦合发生概率，降低燃烧振荡发生的风险，起到预防作用。同时不同的喷孔组可被选择性地组合，实现对燃料从喷孔输运至火焰锋面所需时间分布进行调控，使得热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间都不在振荡频率的1/4相位差范围内，消除热-声耦合导致的燃烧振荡，实现稳定燃烧，起到抑制作用。并且因为设置喷孔组可保证相应工况下的燃料供应量，不会影响燃烧性能。
10.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述燃料喷孔从所述燃料环的环体径向向外地延伸。
11.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，每个所述喷孔组，包括的多个燃料喷孔沿周向均匀地分布。
12.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述多个同轴环形，分别位于第一轴向位置、第二轴向位置、第三轴向位置以及第四轴向位置。
13.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述第一轴向位置、第二轴向位置、第三轴向位置、第四轴向位置在轴向等间距地分布。
14.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述第一轴向位置、第二轴向位置、第三轴向位置、第四轴向位置在轴向的间距l满足：l/v＝t/8，其中，v为燃料颗粒运动速度，t为燃烧振荡周期。
15.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述燃料喷嘴包括第一状态以及第二状态：在所述第一状态，全部的所述燃料环的喷孔组，的燃料喷孔处于打开状态；在所述第二状态，部分的所述燃料环的喷孔组的燃料喷孔处于关闭状态，剩余的喷孔组构成所述组合，以形成抑制振荡燃烧。
16.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述燃料喷嘴还包括第一旋流器，所述第一旋流器位于所述环形腔室的上游，与所述多个燃料喷孔流体地连通。
17.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，燃料喷嘴包括主燃级以及预燃级，所述主燃级包括所述环形腔室，至少部分的所述预燃级被所述主燃级环绕，所述预燃级包括环形本体，所述环形本体具有外环部，所述外环部构成所述环形腔室的环形内壁。
18.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，所述预燃级包括位于环形本体的轴线的预燃级喷嘴，所述环形本体还具有内环部，所述内环部设置有第二旋流器，所述第二旋流器与所述预燃级喷嘴流体地连通。
19.在所述的燃料喷嘴的一个或多个实施例中，还包括燃料输送管，所述燃料输送管连接所述燃料环的环体的轴向一端。
20.根据本发明另一方面的一种用于燃气涡轮发动机的燃烧室，包括：燃烧容器；以及邻近于该燃烧容器设置的如权利要求-任意一项所述的燃料喷嘴，所述燃料喷嘴的环形腔室的下游端直接连通所述燃烧容器，构造成向所述燃烧容器提供燃料与空气混合物的流。
21.根据本发明又一方面的一种燃气涡轮发动机，包括如上所述的燃烧室。
22.根据本发明又一方面的一种用于燃气涡轮发动机的抑制振荡燃烧的方法，包括：提供主燃级，所述主燃级被设置为：通过位于所述主燃级的多个燃料喷孔喷射入所述主燃级，其中，所述多个燃料喷孔至少包括具有不同轴向位置的喷孔组，所述喷孔组采用环形布置的方式被设置在环体，形成沿所述环体的轴向分布的多个同轴环形；当发生振荡燃烧时，所述喷孔组被选择性地形成至少一个组合，关闭该组合之外的所述喷孔组，以抑制振荡燃烧。
23.根据本发明又一方面的一种用于燃料涡轮发动机的燃料环，包括环体以及多个燃料喷孔，所述多个燃料喷孔沿所述环体的周向分布，所述多个燃料喷孔的喷射方向为径向；所述多个燃料喷孔至少包括具有不同轴向位置的喷孔组，所述喷孔组采用环形布置的方式被设置在所述环体，形成沿所述环体的轴向分布的多个同轴环形，所述喷孔组可被选择性地组合，以形成抑制振荡的至少一个组合。
附图说明
24.本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述
而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：
25.图1为一实施例的燃料喷嘴的剖面结构示意图；
26.图2为一实施例的燃料喷嘴的结构示意图；
27.图3为一实施例的燃料喷嘴的另一视角的结构示意图；
28.图4为一实施例的燃料环的结构示意图；
29.图5为一实施例的燃料环的剖面结构示意图。
30.附图标记：
31.1000-燃烧室；
32.100-燃料喷嘴；
33.101-主燃级，44-主燃级燃料喷雾；
34.102-预燃级，41-环形本体，411-外环部，412-内环部，42-预燃级喷嘴，43-预燃级燃料喷雾；
35.1-燃料环，11-环体，1210、1220、1230、1240-同轴环形，12-燃料喷孔，121、122、123、124-喷孔组；
36.a1-第一轴向位置，a2-第二轴向位置，a3-第三轴向位置，a4-第四轴向位置；
37.21-环形内壁，22-环形外壁，201-环形腔室；
38.301-第一旋流器，302-第二旋流器，3021、3022-两级旋流器；
39.5-燃料输送管，6-预燃级燃料输送管；
40.7-喷嘴外壳，8-喷嘴安装座。
具体实施方式
41.现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。
42.在随后的描述中，“径向”、“轴向”、“周向”、“内”、“外”、“上游”、“下游”或者其他方位术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，“上游”、“下游”以燃料流动方向为基准进行区分，具体地，燃料由“上游”流向“下游”43.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
44.目前，随着对发动机燃烧室低污染排放以及燃烧稳定性的要求日益提高，需要进
一步改善燃烧室的性能。
45.本技术的发明人经过深入研究发现，燃烧室的燃烧振荡现象危害巨大，燃烧振荡现象表现为燃烧室内燃料燃烧产生的热释放率和动态压力出现大幅值的周期性振荡。当燃烧室热释放率脉动与入口压力脉动之间的相位差小于1/4振荡周期时，燃烧室热释放率脉动与入口压力脉动之间两者产生正向耦合，导致燃烧振荡。对使用液态燃料的航空发动机燃烧室而言，热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间主要由燃油雾化、燃油蒸发、可燃掺混气从喷孔输运至火焰锋面所需时间以及化学反应所需时间四者共同决定。由于燃油雾化、蒸发和化学反应所需的时间由是燃油本身的固有属性，较难进行调控。
46.基于以上考虑，发明人经过深入研究，为了对热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间进行调控并最终使得两者解耦，抑制燃烧振荡的产生，发明人设计了一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴，通过设置不同轴向位置的喷孔组，使得从不同喷孔组喷射出的燃料从喷射位置到火焰锋面具有不同的飞行时间，进而增大热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间分布范围，降低燃烧室燃料燃烧热释放率脉动和压力脉动同相位正向耦合发生概率，降低燃烧振荡发生的风险，起到预防作用。同时不同的喷孔组可被选择性地组合，实现对燃料从喷孔输运至火焰锋面所需时间分布进行调控，使得热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间都不在振荡频率的1/4相位差范围内，消除热-声耦合导致的燃烧振荡，实现稳定燃烧，起到抑制作用。并且因为设置喷孔组可保证相应工况下的燃料供应量，不会影响燃烧性能。
47.虽然本技术实施例公开的燃料喷嘴适用于燃气涡轮发动机以达到抑制振荡燃烧的效果，但不以此为限，只要是发动机可以应用本技术实施例公开的燃料喷嘴即可。
48.以下实施例介绍的燃料以航空煤油为例，但不以此为限。
49.参考图1结合图2所示，在一个实施例中，用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴100的具体结构可以是，包括燃料环1、环形内壁21、环形外壁22。燃料环1包括环体11以及多个燃料喷孔12，多个燃料喷孔12沿环体11的周向分布，多个燃料喷孔12的喷射方向为径向。环形外壁22围绕至少部分的环形内壁21形成环形腔室201。其中，多个燃料喷孔12至少包括具有不同轴向位置的喷孔组121、122、123、124，喷孔组121、122、123、124采用环形布置的方式被设置在环体11，形成沿环体11的轴向分布的多个同轴环形1210、1220、1230、1240，喷孔组121、122、123、124可被选择性地组合，以形成抑制振荡燃烧的至少一个组合。
50.此处的“多个同轴环形1210、1220、1230、1240”，例如图2、图3所示，环形1210、1220、1230、1240具有同一轴线a。
51.此处的“喷孔组121、122、123、124可被选择性地组合，以形成抑制振荡燃烧的至少一个组合”的含义具体是指喷孔组可全部打开或部分打开部分关闭，根据实际振荡燃烧的情况进行喷孔组的组合。具体的例如图3、图4所示，其中一种组合可以是打开喷孔组121、124，关闭喷孔组122、123，另一种组合可以是打开喷孔组122、关闭其余喷孔组，不以以上两种组合实例为限，根据不同情况还可有其他类型的组合。
52.如此的有益效果在于，通过设置不同轴向位置的喷孔组，使得从不同喷孔组喷射出的燃料从喷射位置到火焰锋面具有不同的飞行时间，进而增大热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间分布范围，降低燃烧室燃料燃烧热释放率脉动和压力脉动同相位正向耦合发生概率，降低燃烧振荡发生的风险，起到预防作用。同时不同的喷孔组可被选择性地组合
以及燃料喷孔的喷射方向为径向，便于对燃料从喷孔输运至火焰锋面所需时间分布进行调控，使得一旦发生了振荡燃烧，热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间都可以被快速地调节至不在振荡频率的1/4相位差范围内，消除热-声耦合导致的燃烧振荡，从而快速地将振荡燃烧现象消除，实现稳定燃烧，同时，燃料环以及喷孔的结构，使得喷孔组的组合并不会影响燃料喷嘴的总燃料供应量，只是各喷孔组对应的燃料供应量发生变化而已，不会影响燃烧性能。
53.参考图5所示，在一些实施例中，燃料喷孔12的具体结构可以是，燃料喷孔12从燃料环1的环体11径向向外地延伸。此处的“环体11”为空心结构，燃料先充满环体11，再由燃料喷孔12喷出。如此设置的有益效果在于，便于对不同喷孔组选择性地组合进行控制，实现对热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间的精准调控，有效起到抑制振荡燃烧的作用。
54.参考图2至4所示，在一些实施例中，燃料喷孔12的具体结构可以是，每个喷孔组121、122、123、124包括的多个燃料喷孔12沿周向均匀地分布。如此设置的有益效果在于，能够使喷射入环形腔室内的燃料均匀分布，进而使各处的压力脉动和热释放率脉动分别产生的时间基本相同，便于进行计算分析并对不同喷孔组选择性地组合抑制振荡燃烧进行控制。
55.在一些实施例中，如图2至图5所示，相邻的燃料喷孔12的周向位置交替分布，如此可以使得各个喷孔组的燃料均匀分布，保证燃烧的均匀性。
56.参考图3所示，在一些实施例中，燃料喷孔12的具体结构可以是，多个同轴环形1210、1220、1230、1240分别位于第一轴向位置a1、第二轴向位置a2、第三轴向位置a3以及第四轴向位置a4。即同轴环形都是整体上相同的轴向位置，使得易于燃料环的设计加工，并且也易于对不同喷孔组的不同组合进行仿真计算以及标定。
57.继续参考图3所示，在一些实施例中，燃料喷孔12的具体结构可以是，第一轴向位置a1、第二轴向位置a2、第三轴向位置a3、第四轴向位置a4在轴向等间距地分布。如此设置的有益效果在于，等间距分布使从不同喷孔组喷射出的燃料从喷射位置到火焰锋面的飞行时间之间是整倍数关系，便于计算分析，精确控制对不同喷孔组选择性地组合，提高抑制振荡燃烧的效果。
58.继续参考图3所示，在一些实施例中，燃料喷孔12的具体结构可以是，第一轴向位置a1、第二轴向位置a2、第三轴向位置a3、第四轴向位置a4在轴向的间距l满足：l/v＝t/8，其中，v为燃料颗粒运动速度，t为燃烧振荡周期。
59.此处的“燃烧振荡周期t”根据燃烧振荡发生频率确定，假设燃烧振荡发生频率为f，则相应的燃烧振荡周期t为t＝1/f。
60.此处的“轴向的间距l满足：l/v＝t/8”的原理在于控制从相邻燃料喷孔喷射出的燃料到达火焰面的飞行时间差异为1/8燃烧振荡周期。
61.如此设置的有益效果在于，可使热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间位于1/4振荡周期之外，防止热释放率脉动和压力脉动发生正向耦合，降低燃烧振荡的发生频率，在振荡燃烧发生时消除燃烧振荡的情况，保证稳定燃烧。
62.参考图1至图5所示，在一些实施例中，燃料喷嘴100的具体结构可以是，燃料喷嘴100包括第一状态以及第二状态：
63.在第一状态，全部的燃料环1的喷孔组121、122、123、124的燃料喷孔12处于打开状
态。此时，燃烧处于稳定状态。
64.在第二状态，部分的燃料环1的喷孔组121、122、123、124的燃料喷孔12处于关闭状态，剩余的喷孔组121、122、123、124构成组合，以形成抑制振荡燃烧。此时，燃烧处于振荡状态。
65.其原理在于，当发生燃烧振荡后，通过计算分析或者试验测量得到燃料燃烧产生的热释放率脉动与压力脉动的相位差，此时选择仅打开特定轴向位置的喷孔组喷料，调节热释放率脉动和压力脉动之间的相位关系，即延迟时间的大小，使得延迟时间位于1/4振荡周期之外，使得热释放率脉动和压力脉动不发生正向耦合，消除振荡燃烧，使燃烧恢复稳定。
66.在一些实施例中，不同轴向位置的喷孔组由不同的阀门开关进行控制，以使在不同振荡燃烧发生情形下自由灵活选择特定轴向位置的喷孔组喷射燃料，进而对燃料到达火焰锋面的飞行时间进行调控，获得所需的热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间，消除热释放率脉动和压力脉动的正向耦合，抑制振荡燃烧，使燃烧恢复稳定状态。
67.参考图1所示，在一些实施例中，燃料喷嘴100还包括第一旋流器301，第一旋流器301位于环形腔室201的上游，与多个燃料喷孔12流体地连通。如此设置结构简单，可使燃料喷孔喷射的燃料与经过第一旋流器的来流预先掺混后形成燃料喷雾进行燃烧。
68.在一些实施例中，如图1所示，燃料喷孔12的法向b与经过第一旋流器301进入的来流方向c垂直，使得燃料从燃料喷孔12喷射出来后与高速来流进行横向剪切，进而获得优异的燃料雾化和掺混性能，促进充分燃烧，降低污染物排放。此处的“垂直”并不需要是严格的夹角为90度，只需使燃料与高速来流进行横向剪切即可。
69.继续参考图1所示，在一些实施例中，燃料喷嘴100的具体结构可以是，包括主燃级101以及预燃级102，主燃级101包括环形腔室201，至少部分的预燃级102被主燃级101环绕，预燃级102包括环形本体41，环形本体41具有外环部411，外环部411构成环形腔室201的环形内壁21。
70.继续参考图1所示，在一些实施例中，预燃级102的具体结构可以是，预燃级102包括位于环形本体41的轴线的预燃级喷嘴42，环形本体41还具有内环部412，内环部412设置有第二旋流器302，第二旋流器302与预燃级喷嘴42流体地连通。燃料经预燃级喷嘴42喷出形成预燃级燃料喷雾43，然后与经过第二旋流器302进入的来流掺混形成可燃掺混气。在一些实施例中，如图1所示，第二旋流器302包括两级旋流器3021、3022，以增大来流量，使预燃级燃料喷雾43能够充分燃烧。而燃料环1的环体11位于内环部412与外环部411之间的径向空间。外环部411、内环部412的结构，可以是单个环体，也可以是多个环体，例如图中所示的外环部411为单个环体的结构，内环部412为多个环体的结构。
71.如此设置主燃级与预燃级构成分级燃烧，主燃级采用预混燃烧方式，预燃级采用扩散燃烧方式，可有效降低发动机污染排放。主燃级的预混燃烧的优点是可以降低火焰燃烧温度，从而降低燃烧室nox排放；缺点是预混后的燃料空气混合物容易受到气流压力扰动，造成压力脉动和热释放率脉动之间的耦合，产生燃烧振荡。将包括有上述燃料环的环形腔室设置于主燃级，可有效预防并抑制振荡燃烧，使燃烧稳定，提高安全性。
72.继续参考图1所示，在一些实施例中，燃料喷嘴100的具体结构可以是，还包括燃料输送管5，燃料输送管5连接燃料环1的环体11的轴向一端。燃料通过燃料输送管5进入环体
11，随后通过环体11输送至各燃料喷孔12，燃料喷孔12的个数一般为对应于喷孔组的组数的倍数，例如图中所示实施例具有四组的喷孔组121、122、123、124，每组喷孔组的喷孔个数相同，燃料喷孔共12至24个，如此易于进行燃料环的加工，以及易于进行燃料喷嘴相应的模拟计算以及标定。
73.在一些实施例中，如图1所示，燃料喷嘴100还包括预燃级燃料输送管6，预燃级燃料输送管6连接预燃级喷嘴42的轴向一端。
74.在一些实施例中，如图1所示，燃料喷嘴100还包括喷嘴外壳7、喷嘴安装座8，喷嘴外壳7的一侧通过第一旋流器301与环形外壁22连接，另一侧与喷嘴安装座8连接，燃料输送管5和预燃级燃料输送管6的另一端经由喷嘴安装座8与燃料喷嘴100外管路连通，以输送燃料。
75.继续参考图1所示，在一个实施例中，用于燃气涡轮发动机的燃烧室1000的具体结构可以是，包括燃烧容器(图中未示出)以及邻近于该燃烧容器设置的如上所述的燃料喷嘴100。燃料喷嘴100的环形腔室201的下游端直接连通燃烧容器，构造成向燃烧容器提供燃料与空气混合物的流。具体的如图1所示，预燃级燃料通过预燃级燃料输送管6进入预燃级喷嘴42并喷出，形成预燃级燃料喷雾43，预燃级空气通过两级旋流器后与预燃级燃料喷雾43相互作用，形成可燃掺混气，实现预燃级燃料的供给和充分雾化掺混，喷向燃烧容器。主燃级燃料通过燃料输送管5进入环体11，随后通过环体11将燃料输送至燃料喷孔12，并通过燃料喷孔12喷出，主燃级空气通过第一旋流器301产生旋流，并与通过燃料喷孔12法向b喷射的燃料进行高速剪切，实现主燃级燃料的雾化，形成主燃级燃料喷雾44，喷向燃烧容器。
76.如此设置的有益效果在于，采用了上述燃料喷嘴100的燃烧室可对燃烧振荡进行预防和消除，提高燃烧室的燃烧稳定性。
77.在一个实施例中，燃气涡轮发动机的具体结构可以是包括如上所述的燃烧室1000。采用如上所述的燃烧室可以有效抑制振荡燃烧，保证发动机的稳定运行，提高发动机的安全性。
78.参考图1至图5所示，在一个实施例中，用于燃气涡轮发动机的抑制振荡燃烧的方法的具体步骤可以是，包括：提供主燃级101，主燃级101被设置为：通过位于主燃级101的多个燃料喷孔12喷射入主燃级101，其中，多个燃料喷孔12至少包括具有不同轴向位置的喷孔组121、122、123、124，喷孔组121、122、123、124采用环形布置的方式被设置在环体11，形成沿环体11的轴向分布的多个同轴环形1210、1220、1230、1240；当发生振荡燃烧时，喷孔组被选择性地形成至少一个组合，关闭该组合之外的喷孔组，以抑制振荡燃烧。具体的原理在于，由于喷孔组121、122、123、124具有不同的轴向位置，当燃烧室发生燃烧振荡后，通过计算分析或者试验测量得到燃料燃烧产生的热释放率脉动与压力脉动的相位差，此时选择仅打开特定喷孔组喷料，调节燃烧室热释放率脉动和压力脉动之间的相位关系，即两者的延迟时间大小，使得两者的延迟时间位于1/4振荡周期之外，实现发动机任意运行工况下大部分燃料喷孔的飞行时间都不在振荡频率的1/4相位差范围内，消除热-声正向耦合导致的燃烧振荡，实现稳定燃烧，同时多个燃料喷孔的设置以及不影响该工况下的燃烧性能，保证发动机的正常运行。
79.承上所介绍的内容，本领域技术人员可以理解到的，对于用于燃料涡轮发动机的燃料环而言，可以是将其作为发动机的配件与发动机整体一起出售，也可以是作为单独的
产品进行制造销售，因此用于燃料涡轮发动机的燃料环也属于本发明的保护内容。参考图2至图5所示，在一个实施例中，用于燃料涡轮发动机的燃料环1的具体结构可以是，包括环体11以及多个燃料喷孔12，多个燃料喷孔12沿环体11的周向分布，多个燃料喷孔12的喷射方向为径向；多个燃料喷孔12至少包括具有不同轴向位置的喷孔组121、122、123、124，喷孔组121、122、123、124采用环形布置的方式被设置在环体11，形成沿环体11的轴向分布的多个同轴环形1210、1220、1230、1240，喷孔组121、122、123、124可被选择性地组合，以形成抑制振荡的至少一个组合。采用本实施例的燃料环可对燃料从燃料喷孔喷出后到达火焰锋面参与燃烧的延迟时间进行调控，使发动机任意运行工况下大部分燃料喷孔的飞行时间都不在热-声正相耦合相位差范围内，削弱热-声耦合强度，增强发动机燃烧室燃烧稳定性，保证发动机稳定运行，提高发动机安全性。
80.综上所述，以上实施例介绍的燃气涡轮发动机及用于其的燃料喷嘴、燃烧室、燃料环和抑制振荡燃烧方法的有益效果包括但不限于以下之一或组合：
81.1.燃料喷嘴通过设置不同轴向位置的喷孔组，使得从不同喷孔组喷射出的燃料从喷射位置到火焰锋面具有不同的飞行时间，进而增大热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间分布范围，降低燃烧室燃料燃烧热释放率脉动和压力脉动同相位正向耦合发生概率，降低燃烧振荡发生的风险，起到预防作用。同时不同的喷孔组可被选择性地组合，实现对燃料从喷孔输运至火焰锋面所需时间分布进行调控，使得热释放率脉动和压力脉动之间的延迟时间都不在振荡频率的1/4相位差范围内，消除热-声耦合导致的燃烧振荡，实现稳定燃烧，起到抑制作用。并且因为设置喷孔组可保证相应工况下的燃料供应量，不会影响燃烧性能。
82.2.采用了上述燃料喷嘴的燃烧室可对燃烧振荡进行预防和消除，提高燃烧室的燃烧稳定性。
83.3.采用如上所述的燃烧室的燃气涡轮发动机可以有效抑制振荡燃烧，保证发动机的稳定运行，提高发动机的安全性。
84.4.采用用于燃气涡轮发动机的抑制振荡燃烧的方法，可对热释放率脉动与压力脉动的延迟时间进行调控，进而消除热-声正向耦合导致的燃烧振荡，实现稳定燃烧，同时多个燃料喷孔的设置以及不影响该工况下的燃烧性能，保证发动机的正常运行。
85.5.采用本技术的燃料环可对燃料从燃料喷孔喷出后到达火焰锋面参与燃烧的延迟时间进行调控，使发动机任意运行工况下大部分燃料喷孔的飞行时间都不在热-声正相耦合相位差范围内，削弱热-声耦合强度，增强发动机燃烧室燃烧稳定性，保证发动机稳定运行，提高发动机安全性。
86.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴(100)，其特征在于，包括：燃料环(1)，包括环体(11)以及多个燃料喷孔(12)，所述多个燃料喷孔(12)沿所述环体(11)的周向分布，所述多个燃料喷孔(12)的喷射方向为径向；环形内壁(21)；环形外壁(22)，围绕至少部分的所述环形内壁(21)形成环形腔室(201)；其中，所述多个燃料喷孔(12)至少包括具有不同轴向位置的喷孔组(121，122，123，124)，所述喷孔组(121，122，123，124)采用环形布置的方式被设置在所述环体(11)，形成沿所述环体(11)的轴向分布的多个同轴环形(1210，1220，1230，1240)，所述喷孔组(121，122，123，124)可被选择性地组合，以形成抑制振荡燃烧的至少一个组合。2.如权利要求1所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述燃料喷孔(12)从所述燃料环(1)的环体(11)径向向外地延伸。3.如权利要求1所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，每个所述喷孔组(121，122，123，124)包括的多个燃料喷孔(12)沿周向均匀地分布。4.如权利要求1-3任意一项所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述多个同轴环形(1210，1220，1230，1240)分别位于第一轴向位置(a1)、第二轴向位置(a2)、第三轴向位置(a3)以及第四轴向位置(a4)。5.如权利要求4所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述第一轴向位置(a1)、第二轴向位置(a2)、第三轴向位置(a3)、第四轴向位置(a4)在轴向等间距地分布。6.如权利要求5所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述第一轴向位置(a1)、第二轴向位置(a2)、第三轴向位置(a3)、第四轴向位置(a4)在轴向的间距l满足：l/v＝t/8，其中，v为燃料颗粒运动速度，t为燃烧振荡周期。7.如权利要求1所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述燃料喷嘴(100)包括第一状态以及第二状态：在所述第一状态，全部的所述燃料环(1)的喷孔组(121，122，123，124)的燃料喷孔(12)处于打开状态；在所述第二状态，部分的所述燃料环(1)的喷孔组(121，122，123，124)的燃料喷孔(12)处于关闭状态，剩余的喷孔组(121，122，123，124)构成所述组合，以形成抑制振荡燃烧。8.如权利要求1所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述燃料喷嘴(100)还包括第一旋流器(301)，所述第一旋流器(301)位于所述环形腔室(201)的上游，与所述多个燃料喷孔(12)流体地连通。9.如权利要求1所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，燃料喷嘴(100)包括主燃级(101)以及预燃级(102)，所述主燃级(101)包括所述环形腔室(201)，至少部分的所述预燃级(102)被所述主燃级(101)环绕，所述预燃级(102)包括环形本体(41)，所述环形本体(41)具有外环部(411)，所述外环部(411)构成所述环形腔室(201)的环形内壁(21)。10.如权利要求9所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，所述预燃级(102)包括位于环形本体(41)的轴线的预燃级喷嘴(42)，所述环形本体(41)还具有内环部(412)，所述内环部(412)设置有第二旋流器(302)，所述第二旋流器(302)与所述预燃级喷嘴(42)流体地连通。11.如权利要求1所述的燃料喷嘴(100)，其特征在于，还包括燃料输送管(5)，所述燃料输送管(5)连接所述燃料环(1)的环体(11)的轴向一端。
12.一种用于燃气涡轮发动机的燃烧室(1000)，其特征在于，包括：燃烧容器；以及邻近于该燃烧容器设置的如权利要求1-11任意一项所述的燃料喷嘴(100)，所述燃料喷嘴(100)的环形腔室(201)的下游端直接连通所述燃烧容器，构造成向所述燃烧容器提供燃料与空气混合物的流。13.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括如权利要求12所述的燃烧室(1000)。14.一种用于燃气涡轮发动机的抑制振荡燃烧的方法，包括：提供主燃级(101)，所述主燃级(101)被设置为：通过位于所述主燃级(101)的多个燃料喷孔(12)喷射入所述主燃级(101)，其中，所述多个燃料喷孔(12)至少包括具有不同轴向位置的喷孔组(121，122，123，124)，所述喷孔组(121，122，123，124)采用环形布置的方式被设置在环体(11)，形成沿所述环体(11)的轴向分布的多个同轴环形(1210，1220，1230，1240)；当发生振荡燃烧时，所述喷孔组被选择性地形成至少一个组合，关闭该组合之外的所述喷孔组，以抑制振荡燃烧。15.一种用于燃料涡轮发动机的燃料环(1)，其特征在于，包括环体(11)以及多个燃料喷孔(12)，所述多个燃料喷孔(12)沿所述环体(11)的周向分布，所述多个燃料喷孔(12)的喷射方向为径向；所述多个燃料喷孔(12)至少包括具有不同轴向位置的喷孔组(121，122，123，124)，所述喷孔组(121，122，123，124)采用环形布置的方式被设置在所述环体(11)，形成沿所述环体(11)的轴向分布的多个同轴环形(1210，1220，1230，1240)，所述喷孔组(121，122，123，124)可被选择性地组合，以形成抑制振荡的至少一个组合。

技术总结
本发明提供一种燃气涡轮发动机及用于其的燃料喷嘴、燃烧室、燃料环和抑制振荡燃烧方法。其中燃料喷嘴包括：燃料环，包括环体以及多个燃料喷孔，多个燃料喷孔沿环体的周向分布，多个燃料喷孔的喷射方向为径向；环形内壁；环形外壁，围绕至少部分的环形内壁形成环形腔室；其中，多个燃料喷孔至少包括具有不同轴向位置的喷孔组，喷孔组，采用环形布置的方式被设置在环体，形成沿环体的轴向分布的多个同轴环形，喷孔组，可被选择性地组合，以形成抑制振荡燃烧的至少一个组合。实现对振荡燃烧的抑制。制。制。


技术研发人员：阮灿 高贤智 何沛 蒋晶晶 冯晓星
受保护的技术使用者：中国航发商用航空发动机有限责任公司
技术研发日：2022.03.02
技术公布日：2023/9/12