[发明专利]火焰稳定器及包含该火焰稳定器的发动机燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机领域，具体而言，涉及一种火焰稳定器及包含该火焰稳定器的发动机燃烧室。

背景技术

凹腔、支板等火焰稳定器目前广泛应用于超燃冲压发动机燃烧室中。超声速气流流过凹腔或支板会在凹腔内、支板尾部形成回流区，能够使火焰始终驻留在其中，并作为新的火源持续点燃上游来的燃料，从而实现火焰稳定。凹腔、支板在超声速燃烧室中可集燃料喷注、混合增强及火焰稳定作用于一身，在提高超燃冲压发动机性能方面发挥了重要的作用。

论文《Experimental Study of Cavity-Strut Combustionin Supersonic Flow》提出了一种与支板组合使用的凹腔，支板用于加强燃料向中心主流区的喷射，凹腔后壁采用空气与燃料的同时喷射用于加强凹腔内的点火和燃烧，火花塞设置在凹腔的底壁中间。

论文《Aerodynamic loss and mixing over a cavity flame holder located downstream ofpylon-aided fuel injection》给出了一种与塔门（类似于支板的装置）喷注组合使用的凹腔方案，塔门用于阻挡超声速来流形成背风低压区，从而增强塔门后射流的穿透深度。

目前的凹腔、支板设计已经具有大量的结构形式，对应的燃料喷射也有多种方案。通常来讲，由于凹腔内部的高温低速环境，点火一般设置在凹腔内部。目前增强点火的方案采用的通常是直接在凹腔内部喷入燃料或者在喷入燃料的同时补喷入空气，使得存在连续的混合气。对于增强燃烧通常的方案通常有两种，一是通过设置塔门等类型的扰流装置设法提高壁面燃料喷射的穿透度，二是采用支板等类型的装置直接将燃料均匀分布喷射入主流中心。

上述方案存在以下缺点：

1.凹腔质量交换率低，在凹腔回流区外部的燃料喷射容易形成回流区的贫燃，在凹腔回流区内的喷射容易形成回流区的富燃，对于点火都造成不利影响；

2.采用增强点火的方案（例如在凹腔内部补喷空气或氧气）需要增加额外高压气源。

发明内容

本发明旨在提供一种火焰稳定器及包含该火焰稳定器的发动机燃烧室、发动机，能够有效增强点火性能，提高火焰稳定性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种火焰稳定器，包括安装座，安装座内设置有凹腔，凹腔的上游设置有导流孔，凹腔位于导流孔下游的位置设置有与导流孔相连通并朝第一方向延伸的导流孔出口，凹腔的底壁上设置有朝第二方向延伸的底壁燃料喷孔，底壁燃料喷孔连接至燃料接口，导流孔出口的延伸方向与底壁燃料喷孔的延伸方向相交叉。

进一步地，凹腔的空气进入侧间隔设置有多个支板，导流孔设置在支板的迎风面上，导流孔出口位于支板远离迎风面的一侧。

进一步地，凹腔的空气进入侧还设置有凸块，凸块上间隔设置有朝凹腔延伸的安装槽，支板设置在安装槽内。

进一步地，底壁燃料喷孔延伸方向与导流孔出口延伸方向正交。

进一步地，支板包括梯台部，梯台部的两侧面相平行，导流孔设置在梯台部的远离凹腔一侧的腹部斜面上。

进一步地，支板还包括棱锥部，棱锥部沿梯台部的腹部斜面倾斜设置，棱锥部的两个侧斜面沿支板的纵向中平面对称设置，各侧斜面上均设置有导流孔，支板的与侧斜面相交的两个相对侧面上均设置有与对应侧的导流孔相连通的导流孔出口，底壁燃料喷孔设置在各支板的两侧。

进一步地，支板位于凹腔内的部分竖向设置有导流通道，导流孔和导流孔出口均连接至导流通道，并通过导流通道相连通。

进一步地，凹腔的底壁内设置有沿底壁燃料喷孔的排列方向延伸的第一横向通道，第一横向通道连通各底壁燃料喷孔，燃料接口连通至第一横向通道。

进一步地，多个导流孔出口沿导流通道间隔设置，多个底壁燃料喷孔沿第一横向通道间隔设置。

进一步地，火焰稳定器还包括竖向设置在凸块上的上游燃料喷孔和横向设置在支板的侧壁上的侧向燃料喷孔，上游燃料喷孔和侧向燃料喷孔正交对应设置。

进一步地，凸块上设置有沿支板的排列方向贯穿各支板的第二横向通道，第二横向通道连通各上游燃料喷孔和侧向燃料喷孔，燃料接口连接至第二横向通道。

进一步地，支板包括与第二横向通道相交且竖向设置的支管，侧向燃料喷孔与支管连通，各支管与导流孔和导流通道在支板内不相连通。