一种带有双层叶片的双向旋流器和涡轮发动机燃烧室

本技术涉及涡轮发动机，尤其是涉及一种带有双层叶片的双向旋流器和涡轮发动机燃烧室。

背景技术：

1、随着工业级无人机的普及以及无人机大型化的发展趋势，小型涡轮发动机(包括涡轴、涡桨以及同等功率级别的涡喷和涡扇发动机)越发得到重视。燃烧室作为小型涡轮发动机的重要组成部分，通过燃料和高压空气的混合燃烧，为发动机提供动能。

2、在小型发动机中，燃烧稳定性和燃油经济性都是能体现其性能的重要指标。目前的旋流器往往采用单层叶片的设计，这种设计虽然在制作工艺上更为简单，但是其在火焰筒内的点火区域面积并不能完全满足各类燃烧室的需求，这使其在燃烧稳定性上仍有提高空间，另一方面，装有单层叶片旋流器的燃烧室的出口气体温度分布并不是非常均匀，这也会降低发动机的燃油经济性。综上所述，设置双层叶片的旋流器对提高燃烧稳定性和燃油经济性都有着至关重要的作用。

3、基于上述原因，有必要开发置于发动机燃烧室内的旋流器，能够在发动机正常运转情况下有效实现燃料燃烧的高能效和稳定，并且在发动机长期运行的情况下，降低燃烧对火焰筒内壁的损害。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了解决上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有双层叶片的双向旋流器和涡轮发动机燃烧室，通过设置倾角方向相反的内外两层叶片，用于同时使空气按两个方向流动，并在燃烧室中对撞形成涡流，以利于点火和维持燃烧，结构简单、易于制造。

2、本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本实用新型的第一个目的是提供一种带有双层叶片的双向旋流器，所述带有双层叶片的双向旋流器包括内层叶片和外层叶片；所述内层叶片和外层叶片倾斜方向相反；所述外层叶片与双向旋流器底面方向形成倾角；所述内层叶片与双向旋流器底面方向形成倾角；所述内层叶片和外层叶片同心且偏转方向相反；所述内层叶片和外层叶片之间设有隔层。

4、进一步地，所述带有双层叶片的双向旋流器呈环形构造。

5、进一步地，所述带有双层叶片的双向旋流器中央设有通孔，用以使得燃料喷嘴穿过。

6、进一步地，所述带有双层叶片的双向旋流器还包括燃料喷嘴；所述燃料喷嘴设于所述双向旋流器的顶端且连通双向旋流器底端；所述燃料喷嘴穿过通孔。

7、进一步地，所述带有双层叶片的双向旋流器以内嵌的形式安装于涡轮发动机燃烧室的火焰筒，所述带有双层叶片的双向旋流器的外圈低于火焰筒壁面。

8、进一步地，所述外层叶片与双向旋流器底面方向形成的倾角为30°～60°；所述内层叶片与双向旋流器底面方向形成倾角为120°～150°。

9、进一步优选地，所述外层叶片与双向旋流器底面方向形成的倾角为45°；所述内层叶片与双向旋流器底面方向形成倾角为135°。

10、进一步地，所述外层叶片和内层叶片的叶片数量相同。

11、进一步地，所述外层叶片和内层叶片的叶片长度不同。

12、进一步地，所述双向旋流器还包括旋流器本体；所述内层叶片和外层叶片均与旋流器本体固定连接。

13、倾斜方向相反指内层叶片与双向旋流器底面方向和外层叶片方向与双向旋流器底面方向相对倾斜的方向相反，偏转方向指内层叶片和外层叶片偏转的方向相反(顺时针偏转、逆时针偏转)。

14、上述旋流器由内外两层倾斜安装的叶片组成，该旋流器内外层叶片长度与偏转角度、倾斜角度不同，使得两组叶片产生的涡流速度和角度存在差异。分别由两层叶片产生的、流速和方向均不相同的涡流在旋流器下游位置交汇，并在交汇区域形成湍流。受湍流影响，带有双层叶片的旋流器形成的交汇区域轴向流速更低，形成的低流速区域面积更大，更有利于燃料燃烧。

15、本实用新型的第二个目的是提供一种包括带有双层叶片的双向旋流器的涡轮发动机燃烧室。

16、进一步地，所述涡轮发动机燃烧室还包括火焰筒，所述带有双层叶片的双向旋流器以内嵌的形式安装于涡轮发动机燃烧室的火焰筒，所述带有双层叶片的双向旋流器的外圈低于火焰筒壁面。

17、进一步地，所述火焰筒是指涡轮发动机燃烧室内层的壁面及壁面围成的形成的空间。

18、进一步地，所述涡轮发动机燃烧室还包括燃料管路，所述燃料管路设于双向旋流器的底端且贯通所述带有双层叶片的双向旋流器。

19、进一步地，所述涡轮发动机燃烧室还包括气膜孔，所述气膜孔设于火焰筒壁面上。

20、进一步地，所述涡轮发动机燃烧室还包括外壳，所述外壳与火焰筒壁面衔接。

21、进一步地，所述涡轮发动机燃烧室为环管燃烧室，环管燃烧室安装有多个旋流器，用于在其安装位置下游产生利于燃烧的涡流。

22、进一步地，所述燃料管路包括燃料总管和燃料支管，每个燃料喷嘴连接一个燃料支管，所有燃料支管通过焊接或者螺栓连接的方式安装在燃料总管上。

23、进一步地，所述火焰筒壁面包括第一火焰筒壁面和第二火焰筒壁面，所述第一火焰筒壁面的竖向截面和第二火焰筒壁面的竖向截面均为圆弧段。

24、进一步地，所述第一火焰筒壁面的竖向截面和第二火焰筒壁面的竖向截面同圆心设置且第一火焰筒壁面的竖向截面的长度小于第二火焰筒壁面的竖向截面的长度。

25、进一步地，环管燃烧室有多个环管燃烧室单体环向拼接而成，每个环管燃烧室单体包括一个所述带有双层叶片的双向旋流器。

26、本技术方案中，小型涡轮发动机燃烧室由旋流器、火焰筒、内外机匣、燃油管路等部分组成。其中涡流器由多个偏转的叶片组成，气流通过时产生旋转在火焰筒内部上游部分形成旋涡，旋涡中心为低压区，使一部分已经燃烧的高温燃气倒流形成回流区，不断地点燃由燃料雾滴蒸发形成的新鲜混合气。燃烧室内最高温度达2000多度，超过火焰筒材料的耐热极限。为了保证燃烧安全，通过气膜孔引入二次气流，形成温度较低的冷气膜将壁面同高温燃气隔离，并从零件壁面带走部分高温燃气的辐射热，从而对壁面起到良好的冷却保护作用。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

27、1)本实用新型所提供的带有双层叶片的双向旋流器，由内外两层叶片和头部的燃油喷嘴组成。其中内外两层叶片的倾角方向相反，用于同时使空气按两个方向流动，并在燃烧室中对撞形成涡流，以利于点火和维持燃烧。

28、2)本实用新型所提供的带有双层叶片的双向旋流器，可以安装在涡轮发动机燃烧室的火焰筒上，连通进气口和燃烧室内部，其结构简单、易于制造，是能够运用于各种型号涡轮发动机燃烧室的旋流器类型，具有很强的实用性和广泛的适用性，其为提高燃烧室燃烧效率和燃烧稳定性提供了帮助。

技术特征：

1.一种带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述带有双层叶片的双向旋流器包括内层叶片(2)和外层叶片(3)；

2.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述带有双层叶片的双向旋流器呈环形构造。

3.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述带有双层叶片的双向旋流器中央设有通孔。

4.根据权利要求3所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述带有双层叶片的双向旋流器还包括燃料喷嘴(1)；

5.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述带有双层叶片的双向旋流器以内嵌的形式安装于涡轮发动机燃烧室的火焰筒(8)，所述带有双层叶片的双向旋流器的外圈低于火焰筒(8)壁面。

6.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述外层叶片(3)与双向旋流器底面方向形成的倾角为30°～60°；

7.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述外层叶片(3)和内层叶片(2)的叶片数量相同。

8.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述外层叶片(3)和内层叶片(2)的叶片长度不同。

9.根据权利要求1所述的带有双层叶片的双向旋流器，其特征在于，所述双向旋流器还包括旋流器本体；

10.一种包括如权利要求1-9中任一项所述的带有双层叶片的双向旋流器的涡轮发动机燃烧室。

技术总结本技术涉及一种带有双层叶片的双向旋流器和涡轮发动机燃烧室，所述带有双层叶片的双向旋流器包括内层叶片和外层叶片；所述内层叶片和外层叶片倾斜方向相反；所述外层叶片的倾斜方向与双向旋流器底面方向形成倾角；所述内层叶片的偏转方向与双向旋流器底面方向形成倾角；所述内层叶片和外层叶片同心且偏转方向相反；所述内层叶片和外层叶片之间设有隔层。与现有技术相比，本技术的双向旋流器由内外两层叶片和头部的燃油喷嘴组成，其中内外两层叶片的倾角方向相反，利于点火和维持燃烧，结构简单、易于制造，具有很强的实用性和广泛的适用性，其为提高燃烧室燃烧效率和燃烧稳定性提供了帮助。技术研发人员：魏光华,蒋欣儒,魏峥受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：20231108技术公布日：2024/6/11