[实用新型]一种燃烧室燃油喷射与混合系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种燃烧室燃油喷射与混合系统。

背景技术

随着大气环境问题在世界范围内受到越来越多的关注，对于航空发动机污染物排放要求也是越来越严苛。下一代航空发动机产品市场需求表明，氮氧化物（NOx）的排放量比现行国际民航组织（ICAO）规定标准CAEP6要进一步减少45%～60%左右，其它排放物包括一氧化碳（CO）、未燃碳氢（UHC）和烟雾(Smoke)排放值同样需要进一步降低。研究表明，控制燃烧室内的燃烧反应温度是控制NOx污染排放的关键，而控制燃烧反应温度的主要技术途径之一就是采用贫油预混燃烧模式。但是在地面慢车、起动点火等工作状态下，又需要局部燃烧区采用富油燃烧的油气匹配方式，以维持燃烧稳定性，同时降低小功率状态下的CO和UHC排放。

为了缓解大功率状态下NOx排放和小功率状态下CO、UHC排放的矛盾，一般采用分级燃烧的模式，分级燃烧技术在航空发动机燃烧室上已得到成功应用，而采用中心分级燃烧技术由于结构紧凑、分区贫油燃烧控制NOx效果较好等优点，已是低排放燃烧室发展的趋势。但是现有的贫油中心分级燃烧技术，仍未能很好地解决分区后各反应区之间互相影响、中等工况燃烧效率低下、主燃区油气混合依旧不充分、不均匀等问题。现有的头部中心分级的燃油喷射系统在中等工况时（如进场状态），主燃级已开始供油，但此时主燃级的供油量较小，使得主燃级的油气当量比很低，这使得燃烧室的效率较低，达不到发动机的要求。此外，在大工况时，主燃级供油量较大，燃油喷射速度较高，使得主燃级预混通道内的雾化的均匀性较差，这使得燃烧室的出口温度分布质量不高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种燃烧室燃油喷射与混合系统，能有效控制NOX生成并具有较高的燃烧效率。

一种燃烧室燃油喷射与混合系统，燃烧室头部沿径向由内到外依次包含预燃级装置和设置在所述预燃级装置外围的主燃级装置，其特征在于：所述主燃级装置包括：主燃级轴向旋流器；在所述主燃级轴向旋流器的内壁上设置直射式喷嘴,在所述主燃级轴向旋流器的外壁的末端设置外圆弧面，其中，在发动机大功率运行的状态下，从所述直射式喷嘴的喷口喷出的燃油能在所述外圆弧面上形成油膜。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述主燃级装置还包括：收敛的主燃级气流出口通道。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述主燃级装置还包括：沿径向设置在所述主燃级轴向旋流器外侧的主燃级径向旋流器；主燃级径向旋流器的前侧壁与所述主燃级轴向旋流器的外壁连接，所述主燃级径向旋流器的后侧壁的后部与所述主燃级轴向旋流器内壁的后部围成所述主燃级气流出口通道；其中，所述主燃级轴向旋流器的内壁的后部向外扩张，并且所述主燃级径向旋流器的后侧壁的后部向内收敛。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述主燃级气流出口通道出口的下壁面和上壁面都平行于燃烧室头部的中心线。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述直射式喷嘴沿周向对称设置在所述主燃级轴向旋流器的内壁上，并位于所述主燃级轴向旋流器叶片通道中；其中，每个叶片通道对应设置一个所述直射式喷嘴。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述直射式喷嘴的喷口到所述主燃级轴向旋流器入口的轴向距离为所述主燃级轴向旋流器轴向长度的1/4-4/5。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述直射式喷嘴为贯穿所述主燃级轴向旋流器内壁的斜孔，所述直射式喷嘴的轴线与所述主燃级轴向旋流器的内壁形成30°-90°夹角。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述预燃级包括：离心喷嘴、一级轴向旋流器、二级轴向旋流器和文氏管；所述一级轴向旋流器、所述二级轴向旋流器沿径向由内到外依次设置在所述离心喷嘴的外围；所述文氏管设置在所述一级轴向旋流器和所述二级轴向旋流器之间。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，在所述预燃级装置和主燃级装置之间设置套筒；由所述主燃级轴向旋流器的内壁与所述套筒围成冷却腔；所述主燃级轴向旋流器的内壁的末端为向内弯曲的结构，并设有多个冷却孔；所述套筒的末端具有前延伸段，所述前延伸段正对所述冷却孔；所述冷却腔中的空气通过所述冷却孔流过并冲击到所述前延伸段上。

根据本实用新型的一个实施例，进一步的，所述一级轴向旋流器和所述二级轴向旋流器的叶片角度都为30°-60°；所述主燃级轴向旋流器的叶片的角度为30°-70°，所述主燃级径向旋流器的叶片角度为30°-60°。