一种外涵燃烧的自适应变循环发动机加力燃烧室

本发明属于航空发动机加力燃烧室设计，具体涉及一种外涵燃烧的自适应变循环发动机加力燃烧室。

背景技术：

1、随着现代航空发动机技术的进步，新一代航空发动机普遍需求能够兼顾短时间内的高推力与长期巡航时的高经济性两种要求，这种需求下，自适应变循环发动机(adaptivecycle engine,ace)成为第六代航空发动机的一个主要研究方向。变循环发动机可根据不同的任务需求，改变可调机构的位置，进而改变热力循环曲线，使发动机在飞行包线内不同速度和高度点获得较优的性能，但这也使得自适应变循环发动机使加力燃烧室入口涵道比变化范围较大，高涵道比下外涵燃烧的稳定性受到挑战。

2、目前的双外涵自适应循环发动机可以实现根据外涵流量采用小涵道比或中等涵道比的加力燃烧室方案，在此基础上，为了进一步提高自适应循环发动机的变循环能力，目前的三外涵自适应循环发动机具有双外涵工作模式和三外涵工作模式。如图1、图2所示，图中b1、b2、b3分别为第一、二、三外涵，三个外涵道中各自有调节机构控制外涵的开闭，从而调整发动机热力循环。如图1所示，在双外涵工作模式下，第二外涵通道关闭，内涵气流与第一外涵的低温气流在壁式稳定器后混合；如图2所示，在三外涵工作模式下，第一外涵和第二外涵低温气流共同流入加力燃烧室外涵，此时涵道比的变化范围过大，容易造成燃烧不稳定、外涵道的局部熄火等不良工作状态。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种外涵燃烧的自适应变循环发动机加力燃烧室，将喷油稳定器、支板稳定器、蒸发式稳定器集成于燃烧室机匣内壁与中心锥之间；其中，中心锥在支板稳定器根部位置设计有内突扩结构，用于实现内涵值班火焰稳定器与传焰的功能；蒸发式稳定器朝向外涵一侧设置，用于实现外涵燃烧功能；喷油稳定器、支板稳定器采用的两种喷油雾化机制，使得燃油分布更加均匀，同时适当提高了冷态回流区当量比，利于点火、稳焰。本发明针对ace发动机工作时涵道比变化较大的特点，克服传统加力燃烧室的技术不足，拓宽了外涵燃烧的熄火边界，提高了加力燃烧室的工作可靠性。

3、本发明的技术方案是：一种外涵燃烧的自适应变循环发动机加力燃烧室，包括机匣、中心锥及位于两者之间的分流环，燃烧室入口处由机匣、中心锥构成环形进气腔，通过分流环将环形进气腔分为内涵区域和外涵区域；

4、所述分流环的末端型面呈波浪式，构成波瓣形混合器，其波谷朝向中心锥方向收敛；并在分流环上耦合有喷油稳定器和支板稳定器；

5、所述喷油稳定器和支板稳定器为沿周向交错分布于分流环上的径向稳定器，即均从机匣内壁沿径向贯穿分流环延伸至内涵区域；其两侧径向侧壁上均开有多个沿周向喷射的喷油孔，能够在外涵区域和内涵区域形成均匀的油雾；

6、所述外涵区域内沿周向设置有环形蒸发式稳定器，环形蒸发式稳定器包括多段嵌于相邻喷油稳定器和支板稳定器之间的圆弧蒸发式稳定器单元，每段圆弧蒸发式稳定器单元的腔体内设置有供油系统，并在朝向燃烧室入口的壁面上设置有若干喷油孔，向外涵区域喷射油雾。

7、本发明的进一步技术方案是：所述喷油稳定器、支板稳定器、蒸发式稳定器的后缘均位于同一轴向位置。

8、本发明的进一步技术方案是：所述中心锥位于支板稳定器的下游位置设计有内突扩结构，即该位置的中心锥面先向中轴线收敛再向外扩张，在中心锥的锥面上形成环形凹槽；与环形凹槽相对的各支板稳定器内端均开有若干喷油孔，向中心锥的环形凹槽内喷射油雾，点火后产生周向的值班火焰；

9、所述中心锥周向截面曲线按照等压力梯度设计，使非加力状态下在中心锥后方不产生明显回流区。

10、本发明的进一步技术方案是：所述环形凹槽的槽底与中心锥轴向的夹角为10度，与凹槽前缘侧壁的夹角为130度，与凹槽后缘侧壁的夹角为150度；所述支板稳定器内端喷油孔向环形凹槽内的喷射方向与中心锥径向夹角为45度。

11、本发明的进一步技术方案是：所述波瓣形混合器位于相邻喷油稳定器和支板稳定器之间的中部为波浪的波谷，将外涵区域空气引流至于内涵区域空气混合。

12、本发明的进一步技术方案是：所述喷油稳定器呈径向火焰稳定器形式，其内设置有供油系统，并采用两种喷油雾化机制分别在喷油稳定器两侧的前部和中后部喷射油雾；喷油稳定器的一端连接于机匣内壁，另一端贯穿分流环在内涵区域悬置，与中心锥之间形成气流间隙。

13、本发明的进一步技术方案是：所述支板稳定器呈径向火焰稳定器形式，其内设置有供油系统，并采用两种喷油雾化机制分别在支板稳定器两侧的前部和中后部喷射油雾；支板稳定器的一端连接于机匣内壁，另一端贯穿分流环连接于中心锥的外周面。

14、本发明的进一步技术方案是：所述喷油稳定器和支板稳定器的头部型面采用na0015翼型。

15、本发明的进一步技术方案是：所述喷油稳定器内供油系统包括挡溅喷射部和气动雾化喷嘴，喷油稳定器两侧前部的油雾由挡溅喷射部喷出，喷油稳定器两侧中后部的油雾由气动雾化喷嘴喷出；所述支板稳定器与喷油稳定器的喷油结构和原理均一致；

16、所述挡溅喷射部包括两个内挡溅板、挡溅缝隙、挡溅喷油杆，通过两个内挡溅板将喷油稳定器头部内腔分隔为三个空间；所述挡溅喷油杆位于两个内挡溅板之间，其喷油口朝向位于喷油稳定器头部的内挡溅板；所述挡溅缝隙沿径向开设于喷油稳定器侧壁上，并位于远离喷油稳定器头部的内挡溅板内侧根部；由挡溅喷油杆向位于头部的内挡溅板喷射燃料，经其对燃油的挡溅作用将燃油改流至挡溅缝隙喷出；

17、所述气动雾化喷嘴设置于喷油稳定器或支板稳定器内腔的中后部，在喷油稳定器或支板稳定器的两侧径向壁面上开有若干燃油喷注孔，所述燃油喷注孔与气动雾化喷嘴的位置相对，将燃料沿周向喷出。

18、本发明的进一步技术方案是：所述蒸发式稳定器采用单独供油方式，通过进气槽缝和蒸发管实现油气调控，从而在高涵道比状态下保持适当的油气比。

19、有益效果

20、本发明的有益效果在于：本发明在发动机双外涵工作模式下，适应于加力燃烧室涵道比较低的情况，加力燃烧室按照一般中低涵道比加力燃烧室工作，由于对径向稳定器、供油系统、涡轮后框架进行了一体化设计，结构紧凑、流动损失较低；在发动机三外涵工作模式下，适应于涵道比较高的情况，通过设置蒸发式稳定器，使外涵区域在较低的温度、较高流速的条件下仍可保持相对合适的当量比，提高了外涵燃烧时的工作可靠性。

21、针对传统加力燃烧室无法适应变循环发动机涵道比变化较大(0.2～1.0)的特点，本发明对加力燃烧室结构进行了优化设计，通过在外涵区域中加入蒸发式稳定器，与径向稳定器配合，对于三外涵模式下外涵流量较大的情况，蒸发式稳定器使回流区中的当量比维持在合适的区间，稳定了燃烧。

22、相比于传统的加力燃烧室，本发明对供油系统、涡轮后框架(即起支架作用的支板稳定器)、喷油稳定器进行了一体化设计，使加力燃烧室结构更加紧凑。中心锥上的内突扩结构提供了软点火与传焰的功能。