一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法

1.本发明涉及航空动力技术领域，尤其涉及一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法。


背景技术：

2.随着航空技术的发展，加力燃烧室的使用领域也愈加广泛。传统加力燃烧室采用液态燃油为燃料，通过将燃油喷入涡轮后燃气流中，利用燃气中剩余的氧气再次燃烧，这个过程将进一步提高燃气温度，并增大喷气速度，从而达到增加推力的目的。但传统的加力燃烧室受涡轮后燃气余气系数小，含氧量小等因素的影响，导致液态燃油燃烧不充分，燃油效率低，燃油消耗大。这意味着传统加力燃烧室需要付出减少航程的代价来维持短期内的使用。为了解决上述提到的问题，越来越多的学者开始着手于通过替换加力燃烧室的燃料以提高其性能的研究，其中使用粉末燃料的研究获得了突出的表现。粉末燃料(如镁、铝、硼及其混合物)具有较高的环境温度适应性，便于长时间的储存和即时响应。同时，粉末燃料的储箱与燃烧室隔离，安全性更高。粉末燃料对比液态燃料，具有高能量热值、高体积热值、高耐敏性、更高的比冲和密度比冲等优点，使得以固态粉末为燃料的加力燃烧室在燃烧过程中更加安全稳定，即使在燃气流速较高时粉末燃料的化学能依然能够充分释放，因此在突击敌机、躲避导弹追踪、快速部署等场景有着巨大的潜力。
3.为了在加力燃烧室中提供稳定的粉末燃料供应，必须要解决两个问题：粉末燃料的稳定输送问题和粉末燃料的存储问题。对于第一个问题，需要找到一种有效的方法来输送粉末燃料，确保其平稳无阻地通过管道，避免粉末燃料的结块、堵塞等问题。现有输送方式包括螺旋输送，压力输送，活塞输送，泵输送和盘槽输送等，其大多具有复杂的结构，既增加了发动机的重量，又降低了结构的可靠性。对于第二个问题，需要选用合适的设备和方法来存储粉末燃料，确保其长期稳定性和易于管理，因此通常需要特制的粉末储箱，这样做增加了额外的动力驱动，不利于航空经济性要求。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，巧妙地利用涡轮尾锥的空间，避免了将粉末输送装置安置于气流通道中，大大减少了流动损失，同时也可以提高粉末输送的稳定性和精度。
5.本发明通过如下技术方案实现。
6.一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，所述方法将粉末燃料供给装置安装于发动机涡轮尾锥段，由涡轮后燃气流过文丘里管产生吸力将粉末燃料吸出；
7.所述粉末燃料供给装置包括粉末储箱、若干根送料管、阀门、送料环、若干根吸料管、与吸料管对应的文丘里管；所述粉末储箱包括储料仓和出料仓，所述储料仓和所述出料仓连接成一整个完整的空腔；所述送料管一端与所述粉末储箱连接，另一端与所述送料环连接，所述送料管上安装有所述阀门，所述吸料管一端与所述送料环连接，另一端与所述文丘里管连接，所述文丘里管包括进气段，收缩段，喉道，扩张段，所述吸料管(5)与所述喉道
(603)连接。
8.进一步，所述粉末储箱、所述送料管、所述阀门、所述送料环均位于涡轮尾锥内，所述吸料管穿过涡轮尾锥壁面与所述文丘里管位于尾喷管区域内，所述吸料管位于尾喷管区域的部分做整流处理。
9.进一步，所述粉末储箱由锥形隔热材料制成，与涡轮尾锥形状保持相似，所述储料仓与所述出料仓连接处做圆滑处理，出料仓比储料仓更窄；所述出料仓上设有送料管接口用于连接所述送料管，送料管接口呈周向均匀分布。
10.进一步，每一根送料管上都有一个独立的阀门，所述阀门均可独立控制。
11.进一步，所述送料环上周向均匀连接所述送料管和所述吸料管，所述送料管与所述吸料管数量和位置可以不需要一一对应。
12.进一步，所述文丘里管安装位置平行于涡轮尾锥壁面，距离涡轮尾锥壁面5-25cm。
13.进一步，所述送料管的数量为3-8根。
14.进一步，所述吸料管的数量为4-12根，所述吸料管在所述送料环上倾斜安装，倾斜角度为20-45度之间。
15.其中，所述粉末储箱内做整流处理，所述出料仓段与所述储料仓段过渡处平滑过渡。
16.其中，所述粉末储箱内装粉末燃料的同时充入高压惰性气体，以保证储箱内保持高压的状态。
17.其中，所述阀门在不需要使用所述粉末燃料供给装置时为关闭状态，在需要使用所述粉末燃料供给装置时为打开状态，所述阀门可随时开关，均独立控制。
18.其中，所述送料环连接多根所述送料管和多根所述吸料管，所述送料管和所述吸料管不必保持一一对应关系。
19.其中，所述吸料管内径应不超过所述文丘里管喉道内径的一半。
20.与现有技术相比，本发明的优点是：本发明能够巧妙地利用涡轮尾锥的空间，避免了将粉末输送装置安置于气流通道中，大大减少了流动损失，同时也可以提高粉末输送的稳定性和精度。在涡轮后燃气流过文丘里管喉部的过程中，燃气经过了收缩段，速度加快，根据伯努利原理可知，在同一高度下(文中情况可近似为等高流动)，流速越快，压强越小，因此在文丘里管喉部处会形成低压区。同时，粉末储箱处于高压状态，形成了一定的吸力。这种吸力使得粉末可以顺利地被输送到所需的位置，使整个粉末供给装置不需要额外的驱动能源；倾斜布置的文丘里管能够将粉末燃料吸出的同时在尾锥外形成回流，使粉末燃料燃烧更充分；粉末供给装置中一开始便充入高压气体，保持了储藏内部气压的平衡；由于各个送料管阀门均独立，因此可以通过控制打开或关闭送料管的数量来控制粉末燃料的流量，使得粉末输送量可以实时调控；粉末供给装置只有文丘里管和一部分吸料管置于涡轮后燃气空间内，因此该装置安全性更高，此外吸料管置于涡轮后燃气的部分做了整流处理，大大减小空气阻力。本发明提供的加力燃烧室内粉末燃料喷注方法可用于多种类型的发动机以提高发动机加力燃烧室的燃烧性能，布局合理，应用前景广阔。
附图说明
21.图1为本发明实施例提供的加力燃烧室内粉末燃料喷注布局示意图；
22.图2为本发明实施例提供的加力燃烧室内粉末燃料输送装置的剖面视图；
23.图3为本发明实施例提供的加力燃烧室内粉末燃料输送装置的3d视图；
24.图中：1-粉末储箱，101-储料仓，102-出料仓，2-送料管，3-阀门，4-送料环，5-吸料管，6-文丘里管，601-进气段，602-收缩段，603-喉道，604-扩张段；7-压气机、8-燃烧室、9-涡轮、10-加力燃烧室、11-尾喷管，12-粉末燃料。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
26.如图1至图3所示，一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，所述方法将粉末燃料供给装置安装于发动机涡轮尾锥段，由涡轮后燃气流过文丘里管产生吸力将粉末燃料吸出；
27.所述粉末燃料供给装置包括粉末储箱1、若干根送料管2、阀门3、送料环4、若干根吸料管5、与吸料管5对应的文丘里管6；所述粉末储箱1包括储料仓101和出料仓102，所述储料仓101和所述出料仓102连接成一整个完整的空腔；所述送料管2一端与所述粉末储箱1连接，另一端与所述送料环4连接，所述送料管2上安装有所述阀门3，所述吸料管5一端与所述送料环4连接，另一端与所述文丘里管6连接，所述文丘里管包括进气段601，收缩段602，喉道603，扩张段604。
28.实施例的发动机包括压气机7、燃烧室8、涡轮9、加力燃烧室10、尾喷管11，涡轮尾部为涡轮尾锥段，将粉末燃料供给装置安装于涡轮尾锥内，仅有部分吸料管5和文丘里管6位于尾锥外，利用涡轮后燃气流过文丘里管6产生的吸力将粉末燃料吸出。
29.进一步，所述粉末储箱1、所述送料管2、所述阀门3、所述送料环4均位于涡轮尾锥内，所述吸料管5穿过涡轮尾锥壁面与所述文丘里管6位于尾喷管区域内，所述吸料管5位于尾喷管区域的部分做整流处理。
30.进一步，所述粉末储箱1由锥形隔热材料制成，与涡轮尾锥形状保持相似，所述储料仓101与所述出料仓102连接处做圆滑处理，出料仓102比储料仓101更窄；所述出料仓102上设有送料管接口用于连接所述送料管2，送料管接口呈周向均匀分布。
31.进一步，每一根送料管2上都有一个独立的阀门3，所述阀门3均可独立控制管道的开关以及闭合。
32.进一步，所述送料环4上周向均匀连接所述送料管2和所述吸料管5，所述送料管2与所述吸料管5数量和位置可以不需要一一对应。
33.进一步，所述文丘里管安装位置平行于涡轮尾锥壁面，距离涡轮尾锥壁面5-25cm，本实施例具体为10cm。
34.进一步，所述送料管的数量为3-8根，本实施例具体设置为4根。
35.进一步，所述吸料管的数量为4-12根，本实施例具体为4根，所述吸料管5倾斜安装，倾斜角度为20-45度之间，本实施例具体为40度。
36.其中，所述粉末储箱内做整流处理，所述出料仓段与所述储料仓段过渡处平滑过渡。
37.其中，所述粉末储箱内装粉末燃料的同时充入高压惰性气体，以保证储箱内保持高压的状态。
38.其中，所述阀门在不需要使用所述粉末燃料供给装置时为关闭状态，在需要使用
所述粉末燃料供给装置时为打开状态，所述阀门可随时开关，均独立控制。
39.其中，所述送料环连接多根所述送料管和多根所述吸料管，所述送料管和所述吸料管不必保持一一对应关系。
40.其中，所述吸料管内径应不超过所述文丘里管喉道内径的一半，本实施例具体为文丘里管喉道603的直径为吸料管5直径的3倍。
41.该喷注方案巧妙利用涡轮尾锥的空间，不需要额外的驱动能源，各个送料管阀门均独立工作，文丘里管能够在将粉末燃料吸出的同时在尾锥外形成回流，使粉末燃料燃烧更充分，可以通过控制打开或关闭送料管的数量来控制粉末燃料的流量，使得粉末输送量可以实时调控，粉末供给装置绝大部分位于涡轮尾锥内，只有文丘里管和一部分吸料管置于涡轮后燃气空间内，因此该装置安全性高，还能解决由于粉末燃料储藏带来的重量较大的问题，可用于多种类型的发动机以提高发动机加力燃烧室的燃烧性能。
42.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，其特征在于，所述方法将粉末燃料供给装置安装于发动机涡轮尾锥段，由涡轮后燃气流过文丘里管产生吸力将粉末燃料吸出；所述粉末燃料供给装置包括粉末储箱(1)、若干根送料管(2)、阀门(3)、送料环(4)、若干根吸料管(5)、与吸料管(5)对应的文丘里管(6)；所述粉末储箱(1)包括储料仓(101)和出料仓(102)，所述储料仓(101)和所述出料仓(102)连接成一整个完整的空腔；所述送料管(2)一端与所述粉末储箱(1)连接，另一端与所述送料环(4)连接，所述送料管(2)上安装有所述阀门(3)，所述吸料管(5)一端与所述送料环(4)连接，另一端与所述文丘里管(6)连接；所述粉末储箱(1)、所述送料管(2)、所述阀门(3)、所述送料环(4)均位于涡轮尾锥内，所述吸料管(5)穿过涡轮尾锥壁面与所述文丘里管(6)位于尾喷管区域内，所述吸料管(5)位于尾喷管区域的部分做整流处理；所述文丘里管(6)安装位置平行于涡轮尾锥壁面，距离涡轮尾锥壁面5-25cm；所述送料管(2)的数量为3-8根；所述吸料管(5)的数量为4-12根，倾斜角度为20-45度之间。2.根据权利要求1所述的一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，其特征在于，所述粉末储箱(1)由锥形隔热材料制成，与涡轮尾锥形状保持相似，所述储料仓(101)与所述出料仓(102)连接处做圆滑处理；所述出料仓(102)上设有送料管接口用于连接所述送料管(2)，送料管接口呈周向均匀分布。3.根据权利要求1所述的一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，其特征在于，每一根送料管(2)上都有一个独立的阀门(3)，所述阀门(3)均可独立控制。4.根据权利要求1所述的一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，其特征在于，所述送料环(4)上周向均匀连接所述送料管(2)和所述吸料管(5)。5.根据权利要求1所述的一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，其特征在于，所述文丘里管包括进气段(601)，收缩段(602)，喉道(603)，扩张段(604)，所述吸料管(5)与所述喉道(603)连接。

技术总结
本发明涉及一种加力燃烧室内粉末燃料喷注方法，所述方法将粉末燃料供给装置安装于发动机涡轮尾锥段，由涡轮后燃气流过文丘里管产生吸力将粉末燃料吸出，并通过可控阀门的开关来控制燃料供给流量，从而实现稳定供粉。本发明能够巧妙地利用涡轮尾锥的空间，避免了将粉末输送装置安置于气流通道中，大大减少了流动损失，同时也可以提高粉末输送的稳定性。同时也可以提高粉末输送的稳定性。同时也可以提高粉末输送的稳定性。


技术研发人员：孙海俊 熊广昌 徐琪涛 庞子屹 胡晓安 陈宇航 郑皓峻 杨阳
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/20