一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法

1.本发明属于航空动力技术领域，具体提供了一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法。


背景技术：

2.为了提高发动机推力输出，增强军用战斗机的性能，可以在喷气发动机涡轮和尾喷管之间添加加力燃烧室。此方法利用从主燃烧室中流出的燃气，将其中剩余的氧气与喷入的燃油在加力燃烧室中进行二次燃烧，从而增强发动机的推力输出。由于涡轮后仍然具有高温，喷入的燃油很快被点燃并迅速燃烧，膨胀做功产生推力。但从主燃烧室中流出的燃气含氧量低，且燃气流速快，导致加力燃烧室的燃料燃烧不充分，燃烧效率低,，使得开启加力燃烧时油耗过高，减少了战斗机空中作战时间。
3.可见，提高加力燃烧时的燃烧效率是保证飞机续航性能的关键。为了解决上述问题，一方面是对加力燃烧室结构进行优化，如采用凹腔结构，在形成低速区的同时又产生稳定涡旋结构促进燃料与空气的掺混；另一方面就是采用燃烧热值更高的燃料来替代现有燃料。其中，粉末燃料相比于燃油来说，具有高能量热值和体积热值，便于运输和保存，成本低等特点。粉末燃料经过流化后具有良好的气固两相，可以更加容易地在燃气轮机中燃烧。此外，粉末燃料的氧化剂种类丰富，涡轮后燃气中的其他副产物也可作为粉末燃料的氧化剂(如镁粉和二氧化碳、铝粉和水蒸气)。因此，粉末燃料在军事和航空领域中得到了广泛的应用，以提高装备的性能和卓越性。
4.使用粉末燃料需要考虑一系列与其储存、供应和喷注相关的问题。对于航空发动机来说，需要选择适合的粉末燃料输送和喷注方法，同时考虑降低粉尘和其他排放物公害的方法。实现粉末燃料的输送和喷注关键点有两个：一是将粉末与气体混合，形成气固两相流；二是将气固两相均匀地喷注到加力燃烧室中。因此，在设计适合于航空发动机的粉末燃料输送和喷注方法时要充分考虑到这两个关键点，确保在实际应用中利用好发动机现有空间并且在供粉过程要保持稳定可靠。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，该装置利用了涡扇发动机外涵道的高速气流，无须额外动力源就可以实现将粉末燃料与气体混合并喷出。
6.本发明通过如下技术方案实现。
7.一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，包括引气管、环形粉末燃料储仓和吸粉装置；
8.所述引气管布置于发动机机匣的外侧，所述引气管连通涡扇发动机的外涵道与环形粉末燃料储仓，将涡扇发动机外涵道的气流引入环形粉末燃料储仓，平衡所述环形粉末燃料储仓的内部气压，所述引气管在连接处做密封处理；
9.所述吸粉装置沿发动机机匣周向均布4-8套，每套吸粉装置均包括阀门、输料管、文丘里管，所述文丘里管包括收缩段、喉道和扩散段，所述文丘里管布置于发动机机匣的内侧，所述输料管贯穿发动机机匣将环形粉末燃料储仓和文丘里管的喉道连通，所述阀门安装在输料管上，每套吸粉装置的阀门均为独立控制，通过调节阀门阀杆的位置即可控制粉末燃料的流量；
10.所述外涵道的气流流经文丘里管收缩段时，气流加速，经加速后的高速气流流经文丘里管喉道时，根据文丘里效应，文丘里管喉道处的高速气流会在附近产生低压，从而将存储在环形粉末燃料储仓中的粉末燃料经输料管吸出，粉末燃料颗粒与高速气流流经所述文丘里管扩散段时充分掺混，最后以流态化粉末的形式从所述文丘里管的后端喷出，流至加力燃烧室中参与加力燃烧。
11.进一步，所述环形粉末燃料储仓是布置于发动机机匣()外侧的环形空腔，是用于存放粉末燃料的空腔。
12.进一步，所述文丘里管布置于涡扇发动机外涵道内。
13.进一步，所述的涡扇发动机包括发动机转子、发动机机匣。
14.与现有技术相比，本发明的优点是：
15.(1)该装置利用了涡扇发动机外涵道的高速气流，无须额外动力源就可以实现将粉末燃料与气体混合并喷出。
16.(2)外置环形料仓的设计也使得粉末燃料的储存空间更大且更自由。
17.(3)基于文丘里管的吸粉装置利用文丘里效应，在高速气流经文丘里管喉道处时在附近产生的低压，可以高效的将存储在环形粉末燃料储仓中的粉末燃料吸出。
18.(4)采用粉末燃料作为加力燃烧室的燃料，降低了传统液态燃料在燃烧过程中对含氧量的需求，进一步减少了传统燃油在加力燃烧室中燃烧不充分造成推进效率低所带来的影响，并有效减少油耗。同时粉末燃料的燃烧热值高于燃油，可大幅提高加力燃烧室的温度，有效增加发动机的有效推力。
附图说明
19.图1为本发明的总体布置剖面示意图；
20.图2为本发明的三维示意图；
21.图3为本发明的剖面示意图；
22.图4为本发明局部剖面示意图。
23.附图中附图标记所对应的名称为：1-发动机转子部件，2-发动机机匣，3-引气管，4-环形粉末燃料储仓，5-阀门，6-输料管，7-文丘里管，701-文丘里管收缩段，702-文丘里管喉道，703-文丘里管扩张段。
具体实施方式
24.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。
25.如图1至图4所示，一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，包括引气管3、环形粉末燃料储仓4和吸粉装置；
26.所述引气管3布置于发动机机匣2的外侧，所述引气管3连通涡扇发动机的外涵道
与环形粉末燃料储仓4，将涡扇发动机外涵道的气流引入环形粉末燃料储仓4，平衡所述环形粉末燃料储仓4的内部气压，所述引气管3在连接处做密封处理；
27.所述吸粉装置沿发动机机匣2周向均布4-8套，每套吸粉装置均包括阀门5、输料管6、文丘里管7，所述文丘里管7包括收缩段701、喉道702和扩散段703，所述文丘里管7布置于发动机机匣2的内侧，所述输料管6贯穿发动机机匣2将环形粉末燃料储仓4和文丘里管的喉道702连通，所述阀门5安装在输料管6上，每套吸粉装置的阀门5均为独立控制，通过调节阀门5阀杆的位置即可控制粉末燃料的流量，可以对粉末总输出量进行一个调控；
28.所述外涵道的气流流经文丘里管收缩段701时，气流加速，经加速后的高速气流流经文丘里管喉道702时，根据文丘里效应，文丘里管喉道702处的高速气流会在附近产生低压，从而将存储在环形粉末燃料储仓4中的粉末燃料经输料管6吸出，粉末燃料颗粒与高速气流流经所述文丘里管扩散段703时充分掺混，最后以流态化粉末的形式从所述文丘里管7的后端喷出，流至加力燃烧室中参与加力燃烧。
29.进一步，所述环形粉末燃料储仓4是布置于发动机机匣(2)外侧的环形空腔，是用于存放粉末燃料的空腔。
30.进一步，所述文丘里管7布置于涡扇发动机外涵道内。
31.进一步，所述的涡扇发动机包括发动机转子1、发动机机匣2。
32.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：
1.一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，其特征在于，包括引气管(3)、环形粉末燃料储仓(4)和吸粉装置；所述引气管(3)布置于发动机机匣(2)的外侧，所述引气管(3)连通涡扇发动机的外涵道与环形粉末燃料储仓(4)，将涡扇发动机外涵道的气流引入环形粉末燃料储仓(4)，平衡所述环形粉末燃料储仓(4)的内部气压，所述引气管(3)在连接处做密封处理；所述吸粉装置沿发动机机匣(2)周向均布4-8套，每套吸粉装置均包括阀门(5)、输料管(6)、文丘里管(7)，所述文丘里管(7)包括收缩段(701)、喉道(702)和扩散段(703)，所述文丘里管(7)布置于发动机机匣(2)的内侧，所述输料管(6)贯穿发动机机匣(2)将环形粉末燃料储仓(4)和文丘里管的喉道(702)连通，所述阀门(5)安装在输料管(6)上，每套吸粉装置的阀门(5)均为独立控制，通过调节阀门(5)阀杆的位置即可控制粉末燃料的流量；所述外涵道的气流流经文丘里管收缩段(701)时，气流加速，经加速后的高速气流流经文丘里管喉道(702)时，根据文丘里效应，文丘里管喉道(702)处的高速气流会在附近产生低压，从而将存储在环形粉末燃料储仓(4)中的粉末燃料经输料管(6)吸出，粉末燃料颗粒与高速气流流经所述文丘里管扩散段(703)时充分掺混，最后以流态化粉末的形式从所述文丘里管(7)的后端喷出，流至加力燃烧室中参与加力燃烧。2.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，其特征在于，所述环形粉末燃料储仓(4)是布置于发动机机匣(2)外侧的环形空腔，是用于存放粉末燃料的空腔。3.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，其特征在于，所述文丘里管(7)布置于涡扇发动机外涵道内。4.根据权利要求1所述的一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，其特征在于，所述的涡扇发动机包括发动机转子(1)、发动机机匣(2)。

技术总结
本发明涉及一种涡扇发动机外涵道粉末燃料输送与喷注方法，包括引气管、环形粉末燃料储仓和吸粉装置；所述引气管布置于发动机机匣的外侧，所述引气管连通涡扇发动机的外涵道与环形粉末燃料储仓，将涡扇发动机外涵道的气流引入环形粉末燃料储仓，平衡所述环形粉末燃料储仓的内部气压，所述引气管在连接处做密封处理。本发明利用了涡扇发动机外涵道的高速气流，无须额外动力源就可以实现将粉末燃料与气体混合并喷出。体混合并喷出。体混合并喷出。


技术研发人员：孙海俊 熊广昌 郑皓峻 胡晓安 庞子屹 杨阳 陈宇航 徐琪涛
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