一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置

本发明涉及涡喷发动机，尤其是涉及一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置。

背景技术：

1、随着航空技术发展及科技水平进步，微型涡喷发动机(micro turbine engine，mte)以产能效率高，成本低，结构简单等优点，在民用及军事领域得到广泛应用。由于高原地区气候条件与平原地区差别很大，海拔每升高1000米，大气压力下降超10％，含氧量下降约11％；海拔越高，大气压力下降越快。海拔在4000米时，空气含氧量是182.08g/m3，大气压为61.3kpa，分别是平原地区的60.8％和60.6％，比平原地区低了三分之一多。高原地区气候特点高原环境下气候呈现出“低压低氧”这一特征，表现为气压低，氧气少。因此，一般按照平原设计的微型涡喷发动机很难适应高原低压低氧环境。在平原正常使用的微型涡喷发动机，到高原地区后常出现起动难、起动过程中热悬挂/冷悬挂、排气超温、起动失速、点火失败，燃烧效率低、功率不足、油耗大，燃烧不充分、排放高、冒黑烟等问题。微型涡喷发动机在海拔4000米以上地区运行时，上述问题尤为突出。

2、从高原低压低氧环境下燃料燃烧特性来看，其主要表现为燃烧速率慢、燃烧效率低、火焰温度低、辐射热通量低、火焰热释放率小、火焰宽度小，火焰高度低和碳黑生成少等特征。因此，这也给高原环境下微型涡喷发动机燃烧室研制带来很大的技术挑战。涡喷发动机中使用航空煤油作为燃料，其含碳量比较高，若燃烧不充分，则需要通过增大供油量来保证功率输出，这样一方面将会增加碳颗粒生成，造成发动机中烟灰沉积和涡轮叶片损坏；另一方面，会增加排放污染物，影响人们健康生活。因此，如何在高原低压低氧环境下提高航空煤油燃烧效率、降低部件损坏风险和减少环境污染，是一个重要课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，通过驻涡设计及带有雾化喷嘴的供油单元降低高原环境点火的难度，提高航空煤油燃烧效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，涡喷发动机包括筒体、压气机、涡轮、燃烧器、透平轴，供油装置设置于燃烧器上，供油装置包括供油固定支架和若干供油单元，供油固定支架为半圆环形，两个供油固定支架构成一个完整圆环，供油单元均布于供油固定支架上，供油单元包括主管路和与主管路相连接的两个分支管路，分支管路的末端设置有雾化喷嘴，分支管路伸入燃烧器内。

3、优选的，筒体的前端设置有进气管，压气机设置于进气管内，压气机通过透平轴与涡轮相连接，涡轮设置于筒体末端的尾喷管内，燃烧器设置于透平轴与筒体之间，燃烧器的前端设置有向外突出的驻涡凹腔，驻涡凹腔的外径保持不变，燃烧器的后端与尾喷管连通，燃烧器的后端内部构成主燃烧室，主燃烧室的外径从前端向后端逐渐增大。

4、优选的，主管路包括主外管壁和套合于主外管壁中的主内管壁，主外管壁与主内管壁之间的环形腔体构成送气主路，主内管壁内部的柱形腔体构成送油主路。

5、优选的，分支管路包括分外管壁和套合于分外管壁中的分内管壁，分外管壁与分内管壁之间的环形腔体构成送气支路，分内管壁内部的柱形腔体构成送油支路。

6、优选的，两个送气支路均与送气主路连通，送气主路的环径大于送气支路的环径而小于两倍的送气支路环径；两个送油支路均与送油主路连通，送油主路的直径大于送油支路的直径而小于两倍的送油支路半径。

7、优选的，雾化喷嘴包括雾化内管和雾化外管，雾化外管与分外管壁的末端相连接，雾化外管的末端设置有出气孔，雾化内管与分内管壁的末端相连接，雾化内管的顶部中央设置有进油孔，雾化内管的末端中央设置有出油孔，出油孔与出气孔位于同一平面上，雾化内管的管腔构成雾化腔，雾化内管与雾化外管之间的环形腔体构成气体增压腔，雾化内管的侧壁上设置有若干雾化气孔，气体增压腔通过雾化气孔与雾化腔连通。

8、优选的，驻涡凹腔的前端面外围设置有若干凹腔前涡流进气口，驻涡凹腔的前端面内围设置有若干凹腔前主流进气口，驻涡凹腔的后端面的外围设置有若干凹腔后进油口，驻涡凹腔的后端面内围设置有若干凹腔后涡流进气口。

9、优选的，主燃烧室中部的外侧壁和内侧壁上均设置有若干压缩进气口。

10、优选的，主管路的末端穿过凹腔后进油口，分支管路位于驻涡凹腔内。

11、因此，本发明采用上述结构的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，通过涡喷发动机的驻涡式设计形成稳定的燃烧涡流，避免火焰被驻涡凹腔前端供应的压缩气体吹熄；通过供油固定支架固定多个供油单元，供油单元为复合嵌套的管型结构，通过外管送入助燃气体，内管送入燃油，并经雾化喷嘴雾化混合后经凹腔后进油口进入驻涡凹腔，从而使航空煤油与压缩气体充分接触，提高燃烧效率，降低点火难度，降低对压缩气体的压力需求及氧气含量需求。

12、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：涡喷发动机包括筒体、压气机、涡轮、燃烧器、透平轴，供油装置设置于燃烧器上，供油装置包括供油固定支架和若干供油单元，供油固定支架为半圆环形，两个供油固定支架构成一个完整圆环，供油单元均布于供油固定支架上，供油单元包括主管路和与主管路相连接的两个分支管路，分支管路的末端设置有雾化喷嘴，分支管路伸入燃烧器内。

2.根据权利要求1所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：筒体的前端设置有进气管，压气机设置于进气管内，压气机通过透平轴与涡轮相连接，涡轮设置于筒体末端的尾喷管内，燃烧器设置于透平轴与筒体之间，燃烧器的前端设置有向外突出的驻涡凹腔，驻涡凹腔的外径保持不变，燃烧器的后端与尾喷管连通，燃烧器的后端内部构成主燃烧室，主燃烧室的外径从前端向后端逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：主管路包括主外管壁和套合于主外管壁中的主内管壁，主外管壁与主内管壁之间的环形腔体构成送气主路，主内管壁内部的柱形腔体构成送油主路。

4.根据权利要求3所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：分支管路包括分外管壁和套合于分外管壁中的分内管壁，分外管壁与分内管壁之间的环形腔体构成送气支路，分内管壁内部的柱形腔体构成送油支路。

5.根据权利要求4所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：两个送气支路均与送气主路连通，送气主路的环径大于送气支路的环径而小于两倍的送气支路环径；两个送油支路均与送油主路连通，送油主路的直径大于送油支路的直径而小于两倍的送油支路半径。

6.根据权利要求5所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：雾化喷嘴包括雾化内管和雾化外管，雾化外管与分外管壁的末端相连接，雾化外管的末端设置有出气孔，雾化内管与分内管壁的末端相连接，雾化内管的顶部中央设置有进油孔，雾化内管的末端中央设置有出油孔，出油孔与出气孔位于同一平面上，雾化内管的管腔构成雾化腔，雾化内管与雾化外管之间的环形腔体构成气体增压腔，雾化内管的侧壁上设置有若干雾化气孔，气体增压腔通过雾化气孔与雾化腔连通。

7.根据权利要求6所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：驻涡凹腔的前端面外围设置有若干凹腔前涡流进气口，驻涡凹腔的前端面内围设置有若干凹腔前主流进气口，驻涡凹腔的后端面的外围设置有若干凹腔后进油口，驻涡凹腔的后端面内围设置有若干凹腔后涡流进气口。

8.根据权利要求7所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：主燃烧室中部的外侧壁和内侧壁上均设置有若干压缩进气口。

9.根据权利要求8所述的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，其特征在于：主管路的末端穿过凹腔后进油口，分支管路位于驻涡凹腔内。

技术总结本发明公开了一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，涉及涡喷发动机技术领域，涡喷发动机包括筒体、压气机、涡轮、燃烧器、透平轴，供油装置设置于燃烧器上，供油装置包括供油固定支架和若干供油单元，供油固定支架为半圆环形，两个供油固定支架构成一个完整圆环，供油单元均布于供油固定支架上，供油单元包括主管路和与主管路相连接的两个分支管路，分支管路的末端设置有雾化喷嘴，分支管路伸入燃烧器内。本发明采用上述结构的一种驻涡式涡喷发动机及其高原环境供油装置，通过驻涡设计及带有雾化喷嘴的供油单元降低高原环境点火的难度，提高航空煤油燃烧效率。技术研发人员：江平,许珈铭,言林,王熙文,孙海俊,吴泽俊,李怡庆,周志坛,盛志强,何小民,于小兵,李锦添,付明桃受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26