[发明专利]一种多级喷油孔中心锥一体化加力燃烧室

说明书

本发明提供了一种多级喷油孔中心锥一体化加力燃烧室，在中心锥上设置有多级喷油孔，中心锥为空心且呈阶梯状，阶梯状的中心锥结构增大了高温燃气和燃油通道内燃油换热的表面积，在阶梯处形成冲击换热，强化了换热，由于多级中心锥结构，高温燃气在流经时会在每两级突扩间形成角涡，在下游产生更加明显的回流区。中心锥燃油通道内被预热的燃油通过多级中心锥上布置的喷油孔喷出，在下游进行燃烧，每两级之间的倾斜面使得燃油在其上形成预膜，当下一级的喷油孔喷出燃油时，该液膜会被破碎，形成二次雾化，进一步提高雾化效果及油气混合均匀程度，进而提高了燃烧效率，多级中心锥结构也有助于在加力燃烧室中心形成回流区稳定燃烧。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种多级喷油孔中心锥一体化加力燃烧室。

背景技术

特定的航空发动机无法在整个推力范围内都具备优良的性能。例如，飞机起飞时需要比巡航时大许多的推力，若按照起飞推力设计发动机，则该发动机质量将会过大，而在巡航时发动机因处于非设计点状态，性能会很差；若按照巡航推力设计发动机，则会导致飞机无法正常起飞。解决上述问题的措施之一是在发动机的燃气涡轮与喷管之间增加加力燃烧室，在短时间内大幅度提升发动机推力。尽管加力燃烧室的质量只占发动机的1/5左右，但推力可以增加60％以上。目前，世界各国新一代军用发动机基本都采用了带加力燃烧室的结构。

加力燃烧室是航空发动机的重要部件。虽然其质量只占发动机总质量的20％左右，但却能大幅增大发动机推力。加力燃烧室安装在涡轮和尾喷管之间，利用燃烧室排气中的剩余氧气量，重新喷入燃油再燃烧，从而为增加飞机发动机的推力提供了可能。然而，由于加力燃烧室是利用主燃烧室过来的燃气进行喷油复燃，燃气流中的含氧量只有正常空气的约2/3～3/4，故其燃烧效率较低。另外，由于加力燃烧室多采用直射式喷嘴，燃油直接喷入气流中，燃油雾化效果较差，与气流混合的不够均匀，进一步降低了燃烧效率。

加力燃烧室工作环境差，从涡轮出口排除的燃气温度高、压力低、速度高，不利于燃气在加力燃烧室中点火和组织燃烧。通常，传统加力燃烧室中会采用钝体结构作为火焰稳定器，利用钝体后的稳定的低速回流区来点燃混气并组织燃烧。随着发动机加力燃烧室进口总温的不断提高，加力燃烧室内工作环境更加恶劣，燃油自燃以及喷油杆和钝体火焰稳定器等部件的耐高温、结构可靠性等问题更加明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种多级喷油孔中心锥一体化加力燃烧室，与现有的技术相比，本方案的优点是采用扩压器—中心锥—喷油孔一体化设计，在中心锥上设置有多级直射式喷嘴，中心锥为空心且呈阶梯状，当燃油进入中心锥内的燃油通道时，可通过上游已燃烧的高温燃气进行预热，阶梯状的中心锥结构增大了高温燃气和燃油通道内燃油换热的表面积，在阶梯处形成冲击换热，强化了换热，且多级喷油孔中心锥内部燃油通道呈收缩状，燃油通道流过的横截面积逐级递减，压力逐渐增大，喷出的液滴粒径减小，有助于燃油雾化。被预热的燃油通过多级中心锥上布置的喷油孔喷出，在下游进行燃烧，由于多级中心锥结构，高温燃气在流经时会在每两级突扩间形成角涡，在下游产生更加明显的回流区和湍流强度更大的区域，每两级之间的倾斜面使得燃油在其上形成预膜，当下一级的喷油孔喷出燃油时，该液膜会被破碎，形成二次雾化，进一步提高雾化效果及油气混合均匀程度，进而提高了燃烧效率，多级中心锥结构也有助于在加力燃烧室中心形成回流区稳定燃烧。

技术方案

本发明的目的在于提供一种多级喷油孔中心锥一体化加力燃烧室。

本发明技术方案如下：