[发明专利]一种膜冷却的火焰稳定器

说明书

技术领域

本发明涉及燃气发生器、亚燃冲压发动机以及航空发动机领域，具体涉及燃气发生器、亚燃冲压发动机以及航空发动机燃烧室中的火焰稳定领域。

背景技术

无论是航空发动机、燃气发生器还是冲压发动机，火焰稳定都是其燃烧室设计中的重要方面。在高速气流中主要通过构造低速的回流区来获得足够燃料剧烈化学反应所需的停留时间。在实际的发动机中主要采用钝体火焰稳定器形成回流区来稳定火焰是一种重要形式。

文献“凹腔火焰稳定器阻力特性的实验研究[J].航空学报，2006，27(4)：556-560”、“Effect of cavity flame holder configuration on combustion flow field performance ofintegrated hypersonic vehicle[J].SCIENCE CHINA，2010，53：2725-2733”、“凹腔稳定的超声速火焰结构的实验研究[J].推进技术，2008，29(6)：654-661.”等均公布了超燃冲压发动机中广泛采用的凹腔火焰稳定器，将这类火焰稳定器及其变种(扰流环)记为A类火焰稳定器。A类火焰稳定器适合于来流为超声速时燃料喷注采用壁面喷射方式的发动机，其燃烧组织方式为边区式。而对于液体火箭发动机、燃气发生器和航空发动机这些采用喷注器来喷注雾化燃料的发动机，在燃烧室壁面附近燃料含量较少，A类火焰稳定器的火焰稳定性较差。进一步地，由于燃烧发生在壁面附近，上述发动机内的温度场分布非常不均匀。由此可见A类火焰稳定器更多地适用于冲压发动机。

文献“燃气发生器点火与燃烧性能研究[D].长沙：国防科学技术大学，2008”中公布了一种用在燃气发生器上用的V槽火焰稳定器。V型槽火焰稳定器已经在亚燃冲压发动机和航空发动机中得到广泛应用。将V型槽火焰稳定器及其变种(双V型槽、开缝V型槽、三角形钝体等)记为B类火焰稳定器。B类火焰稳定器适用于燃烧室内气流速度不高的发动机，这样总压损失才不至于严重影响发动机的性能。由于B类火焰稳定器直接安装在燃烧室内，自身没有任何冷却措施，因此要求燃烧室温度不能太高，并且工作时间受限。而火焰传播速度与燃烧室温度息息相关，使得B类火焰稳定器的火焰稳定性能有限。B类火焰稳定器用于燃气发生器限制了燃气发生器的工况范围和工作时间。

总的来看，目前已经用于液体火箭发动机或燃气发生器等火焰稳定的钝体火焰稳定器，均没有冷却措施，只能靠钝体的热沉与辐射，这严重制约了火焰稳定器的工作范围和工作时间。

发明内容

本发明提供一种膜冷却的火焰稳定器，以解决液体火箭发动机、燃气发生器和航空发动机采用火焰稳定器时，工况范围和工作时间受限、流场均匀度和燃烧效率不高的问题。本发明结构简单、成本低，具有火焰稳定性能好、耐高温、可长时间工作的特点。

本发明提供了一种膜冷却的火焰稳定器，包括连接段、稳定器前体和稳定器后体；所述连接段包括冷却剂入口；连接段安装在燃烧室上；所述火焰稳定器后体为一光滑圆环薄片，火焰稳定器前体与火焰稳定器后体封闭连接形成冷却剂腔；所述稳定器前体固接在连接段内，包含一个多孔的V型钝体圆环；稳定器前体的两侧上有沿圆周均布的冷却剂喷注孔；火焰稳定器前体上的冷却剂输入接口与连接段上的冷却剂入口同轴相接，构成冷却剂通道；所述冷却剂在冷却剂腔内均匀分配进入冷却剂喷注孔，冷却剂从冷却剂喷注孔喷注进入燃烧室。

优选冷却剂采用液体冷却剂，其冷却剂喷注孔的数量n与直径d的确定方法如下：

d=4m·πnμ2ρΔp---(1)]]>