[发明专利]一种环形多孔介质头部的超微涡喷发动机后置燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室，特别涉及一种超微涡喷发动机的燃烧室。

背景技术

随着MEMS技术的发展，实现超微涡喷发动机的研制成为可能，这种动力装置具有体积小、质量轻、功率密度高的特点，在微型飞行器上将大有应用前景。

微型飞行器在军事和民用方面的应用前景，已经日益引起人们的关注。在军事方面，微型飞行器可以装备到排一级士兵，进行低空军事侦察、监视、战场损伤评估等；作为反辐射和微型攻击武器，摧毁敌方雷达等电子设施以及携带微型战斗部进行攻击；用于目标搜索和通信中继；进行生化探测，并标定危险区域等。在民用方面，微型飞行器可以用于交通监控、边境巡逻、森林及野生动植物勘测、航空摄影、输电线路检查、环境监测、气象监测、森林防火监测等。

动力系统是微型飞行器的关键设备，在极小的体积内储存大量能量，为微型飞行器提供驱动力。目前已有的微型飞行器，其动力部分占整个装置重量的大部分，成为微型飞行器小型化的制约因素。化学电池系统简单、可靠，是目前微型飞行器上应用最多的能源。但是化学电池能量密度和功率密度低，采用化学电池作为能源的微型飞行器普遍存在航程和续航时间短、飞行机动性差的问题。而超微涡喷发动机是基于燃料燃烧的微型动力装置，此类动力装置具有高功率密度和高能量密度的特点，将弥补化学电池的不足。

超微涡喷发动机燃烧室是超微涡喷发动机的重要部件，相对常规燃烧室而言，超微涡喷发动机燃烧室热量损失高，燃气停留时间短，这将导致燃烧室燃烧效率低、火焰稳定性较差。根据掌握的公开文献来看，目前正在研制的超微涡喷发动机燃烧室设计没有较好地解决这些问题。因此，必须根据微尺度燃烧的特点，设计一种能够相对高效稳定燃烧并且加工方便的超微涡喷发动机燃烧室，这正是本发明所解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超微涡喷发动机燃烧室，对超微涡喷发动机燃烧室的气流分配和结构进行全新设计，最大程度的适应微尺度燃烧的特点与优势，提高燃烧室的燃烧效率和火焰稳定性，并且便于加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种环形多孔介质头部的超微涡喷发动机后置燃烧室，采用气体燃料，在微尺度空间内组织燃烧，其特征在于：将燃烧室置于发动机后部，采用环形回流结构，燃烧室主要由燃烧室机匣、火焰筒壁、燃烧室出口处和环形多孔介质头部构成；燃烧室机匣、火焰筒壁和燃烧室出口处采用氧化铝陶瓷材料烧结而成，它们之间的静态位置如图1所示；燃烧室机匣结构如图2所示，包含外环和内环两部分，燃烧室机匣内环包含的空间是排气通道；放置于燃烧室机匣的内环和外环之间的是火焰筒壁，结构如图3所示，火焰筒壁和燃烧室机匣的外环之间是进气通道，火焰筒壁和燃烧室机匣的内环之间是燃烧空间；在燃烧室机匣和火焰筒壁一侧的是燃烧室出口处，结构如图4所示，燃烧室机匣、火焰筒壁和燃烧室出口处三者各有两个安装耳环，三者在安装耳环处采用螺栓连接，并且连接时在各自的安装环边和涂抹高温胶，保证密封；环形多孔介质头部置于火焰筒壁和燃烧室机匣内环之间的另外一侧，用火焰筒壁的小凸台和定位卡环定位；空气经离心压气机压缩后进入本燃烧室的进气通道，从燃料喷射孔横向喷射气体燃料进入燃烧室进气通道，气体燃料与流经环形多孔介质头部的空气预混后进入燃烧空间，经安装在火焰筒的点火孔上的点火装置点火后在环形多孔介质头部表面形成表面火焰；火焰筒壁上开有两排孔，分别为主燃孔和掺混孔，用于燃烧室空气进气分级，流经主燃孔的空气参与组织燃烧，流经掺混孔的空气与燃烧后的高温燃气混合，保证燃烧室出口燃气温度分布符合涡轮性能要求；环形多孔介质头部出口到主燃孔之间的区域为主燃区，主燃孔到掺混孔之间的区域为燃烧区，掺混孔到燃烧室出口处之间的区域为掺混区；出口燃气在冲击发动机涡轮叶片作功后，经排气通道排向大气。

所述燃烧室机匣、火焰筒壁和燃烧室出口处利用模具烧结氧化铝陶瓷加工而成，可以耐高温防止被烧化，从而燃烧室设计可以不用单独考虑冷却问题。环形多孔介质头部是由不锈钢金属粉末烧结而成，可以在专业的公司订做。

所述燃烧室进入燃烧室进气通道的空气量与气体燃料量之间的油气比范围0.01~0.1。