[发明专利]一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构

说明书

本发明涉及一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构，应用在涡轮喷气发动机涡轮级间燃烧室及组合发动机加力燃烧室中，用以增强高速条件下的火焰稳定性，降低流动损失，提高燃料和氧化剂掺混均匀性并提高燃烧效率。本发明中，环形凹腔的前端壁面上设置非联通的扇形喷气孔，V型径向火焰稳定器的后端沿径向设置矩形喷气孔；凹腔的前端壁与V型径向稳定器的后端壁平齐；凹腔前端的燃料与扇形喷气孔后的空气掺混过程中被点燃，高温燃气回流进入凹腔。凹腔内的高温燃气径向上引燃V型径向稳定器回流区内可燃混合物，V型径向稳定器的高温燃气引燃稳定器之间的可燃混合物。在级间燃烧室中高温燃气与V型径向稳定器之间的低温燃料掺混，燃气温度逐渐降低。

技术领域

本发明涉及动力装置燃烧领域，是一种加强火焰稳定性、降低流动损失、提高燃料与氧化剂掺混均匀性并提高燃烧效率的燃烧组织结构装置，具体地说涉及一种应用在涡轮喷气发动机涡轮级间燃烧室及组合发动机加力燃烧室的火焰稳定结构。

背景技术

在高速流动条件下，燃烧室内必须要采用专门装置来稳定火焰。火焰稳定装置设计的要点是构造低速的流动区域以点燃可燃混合物。在航空发动机主燃烧室中气流速度为30～60米/秒，通常采用旋流结构来稳定火焰，在加力燃烧室中，气流速度高达120～180米/秒，远高于主燃烧室，通常采用扩压器减速，并设置钝体火焰稳定器减小流动损失并稳定火焰。火焰稳定器的作用是稳定和传播火焰。

钝体火焰稳定器的稳定性与来流状态及稳定器的槽宽密切相关。来流速度越高，温度越低，则稳定火焰所需要的槽宽尺寸越大。槽宽越大，低速流动区域越大，则火焰稳定性越好。但是在相同的流动损失下，槽宽越大，则稳定器数量越少，稳定器之间的间距越大，这将导致火焰的联焰性能及燃烧效率降低，燃烧室长度增大。常规加力燃烧室中火焰稳定器的槽宽一般为40mm左右，燃烧室长度达到2倍燃烧室直径，而燃烧效率不超过0.95。在高速气流中燃烧组织的重点是在满足火焰稳定性的条件下同时满足压力损失及燃烧效率的要求。其中减小稳定器的槽宽是一个重要内容。

涡轮级间燃烧室位于高压涡轮后方，燃烧室进口为高温高速来流，气流速度高于加力燃烧室。级间燃烧室的空间尺寸较小，如采用传统、单一的大槽宽火焰稳定器来稳定和传播火焰将导致流动损失较大，燃烧效率较低的问题。同时设置在高速气流中的燃料喷射结构也将带来额外的气动损失。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明的目的是提供一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构，采用带扇形喷气孔的环形凹腔结构及带矩形喷气孔的V型径向火焰稳定器，环形凹腔结构用来提高在燃烧室在高速来流条件下的火焰稳定性，带矩形喷气孔的V型径向火焰稳定器可降低气流的压力损失，提高燃料与空气的掺混均匀性，从而提高燃烧效率。

为实现上述技术目的，本发明的强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构主要通过以下技术方案实现：

一种强化掺混与火焰传播的燃烧室火焰稳定结构，包括燃烧室内筒体、燃烧室外筒体、设置在所述燃烧室内筒体上的一环形凹腔、以及设置在所述燃烧室内筒体与燃烧室外筒体之间的多个V型径向火焰稳定器，其特征在于，

所述环形凹腔为设置在所述燃烧室内筒体上的一环形内凹腔体，所述环形凹腔包括轴向前端壁、轴向后端壁和凹腔底壁，

其中，

所述轴向前端壁、轴向后端壁均与所述凹腔底壁基本呈垂直状态，且所述轴向前端壁的高度大于所述轴向后端壁的高度，所述凹腔底壁的轴向长度大于所述轴向前端壁的径向高度，使得所述环形凹腔形成一单回流区结构；

所述轴向前端壁上沿周向均匀间隔设置多个离散的扇形喷气孔，且各所述扇形喷气孔在径向上靠近所述轴向前端壁的顶端设置，所述扇形喷气孔用以向所述环形凹腔内喷射空气；