[发明专利]采用旋转滑动弧点火结构的燃烧室及航空发动机

说明书

本发明公开了一种采用旋转滑动弧点火结构的燃烧室，包括安装机匣、布设于安装机匣内且外壁面与安装机匣的内壁面围合形成空气通道的火焰筒、布设于火焰筒的轴向进气端上并与火焰筒的内腔连通的用于向火焰筒的内腔喷入经雾化的燃油的喷油雾化组件以及沿径向穿设于安装机匣和火焰筒并分别与空气通道和火焰筒的内腔连通的用于在火焰筒的内腔产生旋转滑动弧以点燃燃油的旋转滑动弧发生器组件；旋转滑动弧发生器组件包括沿火焰筒的径向方向布设的中心电极、套设于中心电极外的绝缘套、套设于绝缘套外的旋流器、套设于旋流器外的发生器外套以及布设于安装机匣外并分别与中心电极和发生器外套电连接的点火装置，发生器外套的内腔与空气通道连通。

技术领域

本发明涉及燃烧室结构技术领域，特别地，涉及一种采用旋转滑动弧点火结构的燃烧室。此外，本发明还涉及一种包括上述采用旋转滑动弧点火结构的燃烧室的航空发动机。

背景技术

点火性能是航空发动机及燃气轮机燃烧室的关键性能指标之一，其决定了燃烧室乃至航空发动机的工作包线。而高原、高海拔和高寒等恶劣的气候条件对燃烧室的正常工作发起了严峻的挑战，原因在于上述环境中气压低、温度低、含氧量不足，这些因素均不利于燃烧室的点火。以航空发动机燃烧室为例，一方面，压力和温度的降低会使得燃烧室的雷诺数下降，化学反应速率和火焰传播速度下降；另一方面，温度降低会使得燃油黏性显著增加，导致燃油雾化质量下降，同时压力降低还使得空气气动力减小，也会导致燃油雾化质量下降。此外，点火状态下若燃烧室燃油流量小，供油压力低，燃油的雾化质量也会显著下降。也就是说，低温低压的工作环境与燃烧室对燃油雾化质量的高要求形成了一对矛盾。低温低压的条件不利于燃油的雾化，而良好的燃油雾化效果却是保证燃烧室点火性能的必备条件。

然而，航空发动机燃烧室目前存在的几种点火结构都存在不足：1)常规的点火电嘴，点火电嘴通过机匣上的安装座伸入火焰筒，点火电嘴工作时产生电火花，以点燃燃料与空气的混合物；这种点火结构的点火能量有限，电火花产生频率较低，燃烧室点火时间较长，无法保证燃烧室在极端工况下的点火性能。2)等离子体点火电嘴，相对于常规的电火电嘴，其点火能量较大，但电极极易烧蚀。3)等离子体助燃激励器，旋流器与电极在轴向错开布置，一般在旋流器后段布置一段锥体电极，锥体电极与外壳形成一段先收缩再扩张的通道；这种点火结构由于电极与旋流器未集成在一起，激励器的轴向长度较长，因此不适用于空间受限、对轴向长度有极高要求的航空发动机燃烧室上应用，此外，采用液态燃料的燃烧室，其对燃油雾化和油气混合有严苛的要求，而由于等离子体助燃激励器结构上的限制，等离子体助燃激励器也不适用于采用液态燃料的燃烧室，适用范围窄。4)涡流器与电极集成，涡流器存在与燃油喷嘴匹配性不好的问题，若文氏管与外层套筒放电，滑动弧在文氏管与外层套筒之间产生，而燃油雾锥集中在文氏管内部，电弧与文氏管在空间上错开，导致与电弧接触的燃油非常少，因此点火性能受限；若文氏管与燃油喷嘴放电，尽管燃油雾锥与电弧在空间上重叠，但电弧产生位置位于燃油喷嘴出口附近，燃油未经过充分的雾化和与空气的掺混，也会导致点火效果受限。5)轨道式滑动弧激励器，在文氏管内部流道设置一个中心锥体，将螺旋电极分别布置在锥体表面及文氏管内侧壁面；这种点火结构由于电极完全裸露在流道内部，一方面，电极与文氏管不易贴合，不便于安装和更换；另一方面，由于电极直接与燃油接触，电极易被燃油污染，且存在电极积碳进而导致电极失效的问题。因此，这种方案在工程应用上有较大的局限性。

综上所述，现有的航空发动机燃烧室中的各种点火结构都存在相应不足，无法满足人们的使用需求。

发明内容

本发明提供了一种采用旋转滑动弧点火结构的燃烧室及航空发动机，以解决现有的航空发动机燃烧室中的点火结构存在的极端工况下的点火性能无法保证、适用范围小、电极易积碳而失效、电极引线安装更换不方便且易被燃油影响技术问题。