[发明专利]一种值班火焰稳定器

说明书

技术领域

本发明涉及航空动力推进系统领域，尤其涉及一种值班火焰稳定器。

背景技术

火焰稳定器是航空发动机加力燃烧室和冲压发动机燃烧室的核心组件，它的结构和布局决定了燃烧室的点火性和火焰稳定性及燃烧效率。提高稳定器的燃烧性能，就是提高加力燃烧室的性能，从而提高发动机的总体性能。随现代航空发动机加力燃烧室技术的发展对火焰稳定器提出了更高的要求。特别是在燃烧室进口气流温度低、压力低、速度高的情况下，现有的火焰稳定器的点火可靠性变差、稳定工作范围变窄、燃烧效率不高，因此，需要发展新型的值班火焰稳定器。

带加力燃烧室的航空发动机主要有涡喷发动机和涡扇发动机，弹用发动机主要是冲压发动机，冲压发动机燃烧组织原理与航空发动机加力燃烧室基本相同。但由于发动机的参数和性能的不同，使用的火焰稳定器型式也就不同。

涡喷发动机加力燃烧室组织燃烧的特点，是进口气流温度高1000-1200K，燃油在火焰稳定器前方蒸发度可达80％以上，组织燃烧容易，加力燃烧室点火和供油分区转换不会影响压气机工作的稳定性，从小加力到全加力油气比变化范围小(0.026-0.055)，不要求软点火，不使用值班火焰稳定器就能满足发动机性能要求。因此，在侧重选择结构简单、重量轻、工艺性好的火焰稳定器，普遍采用V型火焰稳定器。

涡扇发动机加力燃烧室组织燃烧的特点，存在内涵和外涵两股气流，内涵气流温度高，外涵气流温度低，温度差别较大。总体进口温度低，燃油在火焰稳定器前方的蒸发度只有5％左右，组织燃烧比较困难，燃烧稳定性问题突出，提高燃烧效率有困难，而且容易产生振荡燃烧。由于加力燃烧室点火时产生的压力突生能前传到风扇，在加力接通时引起风扇喘振，要求从小加力到全加力油气比变化范围宽(点火油气比一般为0.002，全加力油气比可达0.068)，所以必须采取软点火措施，通常在加力燃烧室内布置一圈环形值班火焰稳定器。

冲压发动机由于没有压气机和涡轮，只有进气道、燃烧室、尾喷管，使得燃烧室的进口气流速度高、压力低(低压可达0.05Mpa)、温度低(500-800K)，从而造成点火困难、火焰稳定性和燃烧效率降低。因此，在冲压发动机燃烧室需要采用值班火焰稳定器，以改善点火性能和火焰稳定性，提高燃烧效率及发动机性能。

在航空发动机和冲压发动机发展过程中主要使用以下几种稳定器：

V形火焰稳定器如图1所示，为二维槽型结构，稳定器的顶角在30-60°之间。其是加力燃烧室最广泛使用的稳定器，具有较好的火焰稳定性和简单的结构。主要缺点是工作范围窄，点火油气比高，低温低压下稳定性差。而在涡扇发动机中，当外涵温度低，燃油雾化不良时，易出现低频振荡燃烧。

双V形火焰稳定器如图2所示，它由开口V形稳定器S 13和一个小V形稳定器S11构成，两者之间形成连续缝隙S12。和常规V形火焰稳定器对比可使受损失系数下降25-30％，提高了点火性和燃烧效率，改善了贫油熄火性能，但不能满足软点火和低压下火焰稳定性的要求。

薄膜蒸发V形火焰稳定器结构如图3所示，它由内V形火焰稳定器S34与外V形火焰稳定器S33、进气环(或进气管)S32和喷油杆S31等组成，内V形火焰稳定器S34与外V形火焰稳定器S33之间形成缝隙。局部燃油通过喷油杆S31上小孔喷入进气环(或管)内，和空气掺混，在稳定器壁面上形成油膜。所形成的油气混合物从稳定器后缘的间隙排出，进入回流区。由于局部供油可以控制，因而具有良好的点火性能和火焰稳定性，但总压损失系数比常规V形火焰稳定器略大。

吸入式火焰稳定器如图4所示。它是在普通V型稳定器二个侧壁上，开出一些专门设计的进气口，让前方来的油气流分出一部分提前进入稳定器的背风处和回流区内。该稳定器具有设计简单和燃烧性能优良的特点，稳定燃烧边界扩宽，贫油状态下点火容易。

英国斯贝值班火焰稳定器如图5所示，其工作原理是附加燃油S52喷向溅板S53，与进入蒸发管S56的小股空气掺混形成富油混气，从蒸发管S56喷出。同时从稳定器顶部长方形小孔(S54，S55)引入的少量空气(S51，S57)与蒸发管喷出的富油混气掺混。由于蒸发管S56单独供油，稳定器内的小回流区受到V型稳定器的保护、荫蔽，保证稳定器的点火可靠与燃烧，起到值班火焰的作用。斯贝蒸发式火焰稳定器与常规V型火焰稳定器相比，优点是扩大了贫油状态的点火和稳定工作范围，提高燃烧效率，特别是在来流温度低和流速高时，优越性明显，其贫油点火油气比可小到0.003。