[发明专利]一种带进口旋流叶片的微型发动机燃烧室蒸发管

说明书

本发明在蒸发管进口设置旋流叶片，空气进入蒸发管时，受到进口旋流叶片的旋转作用而产生具有轴向、径向和切向分速度的旋流，由于旋转气流的高湍流度与剪切作用，新鲜空气与燃油能够掺混更充分，又由于轴向速度降低，增加了气流和燃油在蒸发管内停留时间，有利于燃油和空气混合。另一方面，蒸发管内部的旋转气流增大了对流换热系数，强化了壁面与气流的换热，加强了燃油雾化蒸发效果，能使燃烧更充分。为了在蒸发管内部保持较高旋流强度，蒸发管内部也设置旋流叶片，进一步提高燃油在蒸发管内停留时间和掺混程度。

技术领域

本发明属于微型发动机燃烧室领域，具体涉及一种带进口旋流叶片的微型发动机燃烧室蒸发管。

背景技术

微小航空器以其体积小、隐蔽性好、重量轻、成本低、携带方便、操作简单等突出特点，在军事领域和民用领域，都展现出了十分诱人的应用前景，其对动力系统提出了新的要求。自微型动力系统的概念提出以来，微型发动机已成为国内外研究热点，其中微型涡轮发动机是最有前途的动力之一，它具有体积小、重量轻、输出能量大、密度高等优点。

燃烧室是发动机的心脏，微型发动机的发展离不开微型燃烧室的发展。微型发动机燃烧室的设计直接影响微型发动机的性能好坏。因此微型燃烧室的设计是微型涡轮发动机设计的关键环节，也是最重要的部分，与常规尺度燃烧室相比，微型燃烧室具有特征尺寸小和面容比大的特点，会导致气流停留时间短、散热损失大，从而导致不稳定燃烧现象的出现。

对于使用液态燃料的动力装置来说，燃烧是以气态进行的，即液态燃料必须变成燃油蒸汽后才能燃烧。传统发动机中，实现这一过程主要采用喷嘴，例如直射喷嘴式、离心式喷嘴、气动雾化喷嘴等，但其结构复杂，重量大，成本高，使用时要有较高供油压力，低压时雾化质量差，长时间工作容易积碳等缺点。

蒸发管所需供油压力低，在相同压力、油量下能降低燃油粒径并且提高均匀度，进而提高燃烧室出口温度分布以及解决冒烟问题，因此蒸发管被广泛应用于微型发动机燃烧室。但与此同时，蒸发管的雾化与蒸发效果相对较差，尤其是在启动状态时空气压力低，温度也不高，不能使蒸发管内的燃油良好雾化，导致发动机点火困难，因此合理设计蒸发管结构对燃烧室性能提高有很大帮助，具有十分重要的研究意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种带进口旋流叶片的微型发动机燃烧室蒸发管的结构设计方案。本技术在蒸发管进口设置旋流叶片，使进入蒸发管的空气发生旋转，进而与进入蒸发管的燃油互相掺混时，由于旋转气流的高湍流度与强剪切作用，能够让燃油与新鲜空气掺混更充分。另外，蒸发管内部的旋转气流增大了对流换热系数，强化了壁面与气流的换热，提高了换热温度，加强了燃油雾化蒸发效果。为了在蒸发管内部保持较高旋流强度，蒸发管内部也设置旋流叶片。

技术方案

本发明的目的在于提供一种带进口旋流叶片的微型发动机燃烧室蒸发管。

本发明技术方案如下：

一种带进口旋流叶片的微型发动机燃烧室蒸发管，其特征在于：在蒸发管进口处设置一组进口旋流叶片，并在蒸发管内部设置旋流叶片以继续强化掺混和换热，设计参数包括蒸发管总体结构参数，旋流叶片的结构参数以及各组旋流叶片的分布位置。

所述蒸发管总体结构参数，其特征在于：蒸发管为直管，壁面厚度为1～2mm，直径为5～10mm，长度为60～100mm。

所述旋流叶片的结构参数，其特征在于：旋流叶片为直叶片，中心轮毂直径2～4mm，叶片出口角为30～60度，叶片厚度为0.5～1mm，叶片弦长为2～4mm，每组叶片数量为10～20，第一组旋流叶片中心轮毂开有燃油进口以便于燃油进入，其直径为1～3mm，蒸发管内部各组旋流叶片可根据需要设置燃油进口。