加力燃燒室及渦輪發(fā)動機的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種加力燃燒室及渦輪發(fā)動機。加力燃燒室包括：外筒體組件、中心體組件、油路組件、環(huán)形燃燒腔以及點火器。中心體組件包括：前體，位于加力燃燒室的軸向前端且與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的供含氧氣體進入的氣體入口；中體，沿軸線位于前體的后方且連接于前體并與前體成為一體；以及后體，沿軸向位于中體后方且與中體滑動套設，并與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的氣體出口。點火器設置于與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的中心體組件的對應部分，以用于對進入環(huán)形燃燒腔內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣旋轉爆震燃燒，從而解決了加力燃燒室燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了燃燒的熱效率，并改善了工質的做功能力。
【專利說明】
加力燃燒室及渦輪發(fā)動機
技術領域
[0001]本實用新型涉及航空航天動力技術領域，尤其涉及一種加力燃燒室及渦輪發(fā)動機。
【背景技術】
[0002]加力燃燒室是軍用小涵道航空燃氣渦輪發(fā)動機的重要部件之一，其質量在發(fā)動機總質量中所占的比重非常小，卻能在短時間內大幅提升發(fā)動機的推力，從而改善飛行器機動性、擴展飛行包線、奪取制空權。傳統(tǒng)常規(guī)的燃氣渦輪發(fā)動機加力燃燒室因為耗油率極高，而嚴重影響到戰(zhàn)斗機的留空時間。另外，常規(guī)加力燃燒室存在燃燒不穩(wěn)定問題，可能導致發(fā)動機熄火和系統(tǒng)結構的損壞，進一步限制了加力燃燒室的工作時間和工作性能。此外，燃氣在進入加力燃燒室前，已經(jīng)過渦輪的膨脹作用，工質壓力較低，做功能力下降。
【實用新型內容】
[0003]鑒于【背景技術】中存在的問題，本實用新型的一個目的在于提供一種加力燃燒室及渦輪發(fā)動機，加力燃燒室解決了常規(guī)加力燃燒室燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了燃燒的熱效率，改善了工質的做功能力。
[0004]本實用新型的另一個目的在于提供一種加力燃燒室及渦輪發(fā)動機，渦輪發(fā)動機的加力燃燒室的結構簡單，提高了渦輪發(fā)動機的推重比，延長了加力燃燒室的工作時間。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，在第一方面，本實用新型提供了一種加力燃燒室，其包括:夕卜筒體組件、中心體組件、油路組件、環(huán)形燃燒腔以及點火器。中心體組件收容于外筒體組件內且與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔。油路組件受控連通于環(huán)形燃燒腔，以向環(huán)形燃燒腔提供燃料。其中，中心體組件包括:前體，位于加力燃燒室的軸向前端且與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的供含氧氣體進入的氣體入口 ；中體，沿軸線位于前體的后方且連接于前體并與前體成為一體；以及后體，沿軸向位于中體后方且與中體滑動套設，并與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的氣體出口。點火器設置于與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的中心體組件的對應部分，以用于對進入環(huán)形燃燒腔內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣旋轉爆震燃燒。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，在第二方面，本實用新型提供了一種渦輪發(fā)動機，其包括上述所述的加力燃燒室。
[0007]本實用新型的有益效果如下:
[0008]在根據(jù)本實用新型的加力燃燒室中，外筒體組件與中心體組件形成環(huán)形燃燒腔，環(huán)形燃燒腔連通于油路組件并接收油路組件提供的燃料，而點火器設置在與外筒體組件形成環(huán)形燃燒腔的中心體組件的對應部分，可對進入環(huán)形燃燒腔內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而使燃氣旋轉爆震燃燒，從而解決了常規(guī)加力燃燒室燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了燃燒的熱效率，并改善了工質的做功能力。
[0009]在根據(jù)本實用新型的渦輪發(fā)動機中，由于采用上述所述的加力燃燒室，基于加力燃燒室的結構簡單，減輕了質量，從而提高了發(fā)動機的推重比。此外，基于加力燃燒室采用了連續(xù)旋轉爆震技術，使加力燃燒室由常規(guī)的等壓燃燒轉變?yōu)榈热萑紵?，從而顯著提高了熱效率，由此降低了渦輪發(fā)動機的加力狀態(tài)的耗油率，進而可延長加力燃燒室的工作時間。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據(jù)本實用新型的加力燃燒室及渦輪發(fā)動機的安裝示意圖；
[0011]圖2是圖1中的加力燃燒室的內部剖視圖；
[0012]圖3是沿圖2中的A-A線觀察到的中心體組件的前腔內的燃料噴口的周向位置示意圖；
[0013]圖4是沿圖2中的B-B線觀察到的加力燃燒室的點火器的周向位置示意圖。
[0014]其中，附圖標記說明如下:
[0015]I加力燃燒室Cf前腔
[0016]11外筒體組件Cm中腔
[0017]111外殼Cr后腔
[0018]1111收縮部13油路組件
[0019]112內襯131燃氣管
[0020]113臺階132霧化噴頭
[0021]1131環(huán)形立壁14環(huán)形燃燒腔
[0022]1132擴口斜環(huán)壁141氣體入口
[0023]12中心體組件142氣體出口
[0024]12f前體15調節(jié)機構
[0025]12fl截錐部151缸體
[0026]12f2環(huán)形部152活塞桿
[0027]12m中體16點火器
[0028]12r后體17支架
[0029]12rl弧錐部2機匣
[0030]12r2環(huán)形連接部21氣流通道
[0031]121殼體211外涵通道
[0032]122第一分隔壁212內涵通道
[0033]123第二分隔壁3渦輪機
[0034]O燃料噴口4氣體混合腔
【具體實施方式】
[0035]下面參照附圖來詳細說明根據(jù)本實用新型的加力燃燒室及渦輪發(fā)動機。
[0036]首先說明根據(jù)本實用新型第一方面的加力燃燒室。
[0037]參照圖1至圖4，根據(jù)本實用新型的加力燃燒室I包括:外筒體組件11;中心體組件12、油路組件13、環(huán)形燃燒腔14以及點火器16。
[0038]中心體組件12收容于外筒體組件11內且與外筒體組件11形成環(huán)形燃燒腔14。油路組件13受控連通于環(huán)形燃燒腔14，以向環(huán)形燃燒腔14提供燃料(即燃油)。其中，中心體組件12包括:前體12f，位于加力燃燒室I的軸向前端且與外筒體組件11形成環(huán)形燃燒腔14的供含氧氣體進入的氣體入口 141 ；中體12m，沿軸線位于前體12f的后方且連接于前體12f并與前體12f成為一體；以及后體12r，沿軸向位于中體12m后方且與中體12m滑動套設，并與外筒體組件11形成環(huán)形燃燒腔14的氣體出口 142。點火器16設置于與外筒體組件11形成環(huán)形燃燒腔14的中心體組件12的對應部分，以用于對進入環(huán)形燃燒腔14內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣旋轉爆震燃燒。
[0039]在根據(jù)本實用新型的加力燃燒室I中，外筒體組件11與中心體組件12形成環(huán)形燃燒腔14，環(huán)形燃燒腔14連通于油路組件13并接收油路組件13提供的燃料，而點火器16設置在與外筒體組件11形成環(huán)形燃燒腔14的中心體組件12的對應部分，可對進入環(huán)形燃燒腔14內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而使燃氣旋轉爆震燃燒，從而解決了常規(guī)加力燃燒室I燃燒不穩(wěn)定的問題，提高了燃燒的熱效率，并改善了工質的做功能力。
[0040]根據(jù)本實用新型的加力燃燒室I，在一實施例中，參照圖1和圖2，外筒體組件11可包括:外殼111;以及內襯112，位于外殼111和中心體組件12之間、并連接于外殼111且與中心體組件12的外壁面形成環(huán)形燃燒腔14。其中，外殼111為外筒體組件11的承力部件，不直接接觸環(huán)形燃燒腔14內的燃氣，而內襯112與中心體組件12的外壁面一起構成環(huán)形燃燒腔14，雖然不直接承力，但工作環(huán)境惡劣。
[0041 ]在一實施例中，參照圖1和圖2，外筒體組件11還可包括:臺階113，形成于內襯112與外殼111的軸向前端并沿徑向向中心體組件12突出，以使環(huán)形燃燒腔14的氣體入口 141相對環(huán)形燃燒腔14的主體變窄。
[0042]在一實施例中，參照圖1和圖2，前體12f可具有:截錐部12Π，位于軸向前方；以及環(huán)形部12f2，位于截錐部12fl的軸向后方。臺階113可具有:環(huán)形立壁1131，沿徑向立設且位于前體12f的環(huán)形部12f2的上方；以及擴口斜環(huán)壁1132，位于環(huán)形立壁1131前方并向外殼111傾斜。
[0043]在一實施例中，參照圖1和圖2，中心體組件12可具有:殼體121 ；第一分隔壁122，設置于殼體121內且沿軸向位于前側；以及第二分隔壁123，設置于殼體121內且沿軸向位于后偵U。其中，殼體121的位于第一分隔壁122的軸向前方的部分與第一分隔壁122形成前體12f并形成中心體組件12的前腔Cf，殼體121的位于第一分隔壁122和第二分隔壁123之間的部分與第一分隔壁122和第二分隔壁123形成中體12m并形成中心體組件12的中腔Cm，殼體121的位于第二分隔壁123的軸向后方的部分與第二分隔壁123形成后體12r并形成中心體組件12的后腔Cr。
[0044]在一實施例中，參照圖1和圖2，后體12r可具有:弧錐部12rl，位于軸向后方；以及環(huán)形連接部12r2，位于弧錐部12rI的軸向前方，以與中心體組件12的中體12m的軸向后端滑動套設。外殼111可具有收縮部1111，收縮部1111對應后體12r的弧錐部12rl向內收縮，收縮部1111與后體12r的弧錐部12rl之間形成環(huán)形燃燒腔14的氣體出口 142。
[0045]在一實施例中，參照圖1和圖2，油路組件13可包括:燃料管131，一端連通于供油油路(未示出)，另一端連通于中心體組件12的前腔Cf;以及霧化噴頭132，設置于且連通于燃料管131的所述另一端并位于中心體組件12的前腔Cf內，對經(jīng)由供油油路以及燃料管131供入的燃料進行蒸發(fā)處理。中心體組件12的殼體121在前體12f的對應環(huán)形燃燒腔14的位置設置有沿徑向貫通殼體121的且沿殼體121的周向分布的多個燃料噴口 O，各燃料噴口 O連通中心體組件12的前腔Cf和環(huán)形燃燒腔14，以使蒸發(fā)處理的燃料經(jīng)由各燃料噴口O進入環(huán)形燃燒腔14。在這里補充說明的是，多個燃料噴口 O沿殼體121的周向分布，可使燃料進入環(huán)形燃燒腔14的方向與經(jīng)由環(huán)形燃燒腔14的氣體入口 141進入的含氧氣體(作為氧化劑)流動方向呈90°，有助于燃料與含氧氣體充分摻混。含氧氣體可以提供純氧氣或空氣。
[0046]在一實施例中，燃料管131沿中心體組件12的前腔Cf的徑向中心伸入中心體組件12的前腔Cf內。但不僅限如此，燃料管131與中心體組件12的前腔Cf的具體連通位置可根據(jù)實際情況設置，只要保證燃料管131與中心體組件12的前腔Cf連通即可。
[0047]在一實施例中，參照圖1和圖2，點火器16可設置于中心體組件12的中腔Cm處，以用于對進入環(huán)形燃燒腔14內的燃氣進行點火，進而燃氣爆震燃燒。但不僅限如此，點火器16的具體設置位置可以根據(jù)環(huán)形燃燒腔14的大小進行適當調整。
[0048]在一實施例中，參照圖1和圖2，加力燃燒室I還可包括:調節(jié)機構15，設置在外筒體組件11內，以調節(jié)后體12r相對中體12m的軸向位置。在這里補充說明的是，基于發(fā)動機的不同工作狀態(tài)，調節(jié)機構15使后體12r相對中體12m軸向移動的距離不同。
[0049]在一實施例中，參照圖1和圖2，調節(jié)機構15可位于中心體組件12的后腔Cr內，一端連接于殼體121在后體12r的部分，而另一端連接于第二分隔壁123，以調節(jié)后體12r相對中體12m的軸向位置。
[0050]在一實施例中，參照圖2，調節(jié)機構15可為氣缸，包括:缸體151，一端樞轉連接于第二分隔壁123;以及活塞桿152，一端伸入缸體151，另一端伸出缸體151并與殼體121在后體12r的部分樞轉連接。在這里補充說明的是，缸體151與油路組件13連通，活塞桿152的伸縮運動由缸體151內油壓確定，而缸體151內油壓可通過下面所述的渦輪發(fā)動機的控制系統(tǒng)通過調節(jié)進入缸體151內的燃油量來調節(jié)。當缸體151內油壓逐漸增大時，活塞桿152伸出以推動后體12r向后運動，當缸體151內油壓逐漸降低時，活塞桿152收縮以拉動后體12r向前運動。
[0051 ]在一實施例中，參照圖2，加力燃燒室I還可包括:支架17，一端固定連接中心體組件12的后體12r，而另一端固定連接于外筒體組件11的外殼111。
[0052]在一實施例中，支架17可沿中心體組件12的周向成對設置。
[0053]在一實施例中，油路組件13的燃料管131與中心體組件12的前體12f固定連接，以使中心體組件12支撐在外筒體組件11內。
[0054]其次說明根據(jù)本實用新型第二方面的渦輪發(fā)動機。
[0055]根據(jù)本實用新型的渦輪發(fā)動機包括上述所述的加力燃燒室I。
[0056]在根據(jù)本實用新型的渦輪發(fā)動機中，由于采用上述所述的加力燃燒室I，基于加力燃燒室I的結構簡單，減輕了質量，從而提高了發(fā)動機的推重比。此外，基于加力燃燒室I采用了連續(xù)旋轉爆震技術，使加力燃燒室I由常規(guī)的等壓燃燒轉變?yōu)榈热萑紵?，從而顯著提高了熱效率，由此降低了渦輪發(fā)動機的加力狀態(tài)的耗油率，進而可延長加力燃燒室I的工作時間。
[0057]在根據(jù)本實用新型的渦輪發(fā)動機中，在一實施例中，參照圖1，渦輪發(fā)動機還可包括:機匣2，固定連接于加力燃燒室I的外筒體組件11，具有氣流通道21，且氣流通道21連通于環(huán)形燃燒腔14的氣體入口 141;以及渦輪機3，收容于機匣2。
[0058]在一實施例中，參照圖1，外筒體組件11的臺階113的擴口斜環(huán)壁1132與中心體組件12的前體12f的截錐部12fl之間形成氣體混合腔4，氣流通道21經(jīng)由氣體混合腔4連通于環(huán)形燃燒腔14的氣體入口 141。
[0059]在一實施例中，參照圖1，氣流通道21可包括:外涵通道211，形成于渦輪機3與機匣2之間，以將含氧氣體不經(jīng)由渦輪機3而直接送入氣體混合腔4;以及內涵通道212，形成于渦輪機3內部，以將含氧氣體經(jīng)由渦輪機3內部送入氣體混合腔4。
[0060]在一實施例中，渦輪發(fā)動機還可包括:控制系統(tǒng)(未示出)，通信連接油路組件13以及調節(jié)機構15，調節(jié)機構15通過調節(jié)中心體組件12的后體12r相對中體12m的軸向位置以改變環(huán)形燃燒腔14的氣體出口 142的大小。
【主權項】
1.一種加力燃燒室(I)，包括: 外筒體組件(11); 中心體組件(12)，收容于外筒體組件(11)內且與外筒體組件(11)形成環(huán)形燃燒腔(14)； 油路組件(13)，受控連通于環(huán)形燃燒腔(14)，以向環(huán)形燃燒腔(14)提供燃料； 其特征在于， 中心體組件(12)包括: 前體(12f)，位于加力燃燒室(I)的軸向前端且與外筒體組件(11)形成環(huán)形燃燒腔(14)的供含氧氣體進入的氣體入口( 141); 中體(12m)，沿軸線位于前體(12f)的后方且連接于前體(12f)并與前體(12f)成為一體；以及 后體(12r)，沿軸向位于中體(12m)后方且與中體(12m)滑動套設，并與外筒體組件(11)形成環(huán)形燃燒腔(14)的氣體出口( 142); 加力燃燒室(I)還包括: 點火器(16)，設置于與外筒體組件(11)形成環(huán)形燃燒腔(14)的中心體組件(12)的對應部分，以用于對進入環(huán)形燃燒腔(14)內的燃料和含氧氣體形成的燃氣進行點火，進而燃氣旋轉爆震燃燒。2.根據(jù)權利要求1所述的加力燃燒室(I)，其特征在于，外筒體組件(11)包括: 外殼(111); 內襯(112)，位于外殼(111)和中心體組件(12)之間、并連接于外殼(111)且與中心體組件(12)的外壁面形成環(huán)形燃燒腔(14);以及 臺階(113)，形成于內襯(112)與外殼(111)的軸向前端并沿徑向向中心體組件(12)突出，以使環(huán)形燃燒腔(14)的氣體入口( 141)相對環(huán)形燃燒腔(14)的主體變窄。3.根據(jù)權利要求2所述的加力燃燒室(I)，其特征在于， 前體(12f)具有: 截錐部(12f I)，位于軸向前方；以及 環(huán)形部(12f2)，位于截錐部(12Π)的軸向后方； 臺階(113)具有: 環(huán)形立壁(1131)，沿徑向立設且位于前體(12f)的環(huán)形部(12f2)的上方；以及 擴口斜環(huán)壁(1132)，位于環(huán)形立壁(1131)前方并向外殼(111)傾斜； 后體(12r)具有: 弧錐部(12rl)，位于軸向后方；以及 環(huán)形連接部(I2r2)，位于弧錐部(12rI)的軸向前方，以與中心體組件(12)的中體(I2m)的軸向后端滑動套設； 外殼(I 11)具有收縮部(1111)，收縮部(1111)對應后體(12r)的弧錐部(12rl)向內收縮，收縮部(1111)與后體(12r)的弧錐部(12rl)之間形成環(huán)形燃燒腔(14)的氣體出口(142)04.根據(jù)權利要求1所述的加力燃燒室(I)，其特征在于，中心體組件(12)具有: 殼體(121); 第一分隔壁(122)，設置于殼體(121)內且沿軸向位于前側；以及 第二分隔壁(123)，設置于殼體(121)內且沿軸向位于后側； 其中，殼體(121)的位于第一分隔壁(122)的軸向前方的部分與第一分隔壁(122)形成前體(12f)并形成中心體組件(12)的前腔(Cf); 殼體(121)的位于第一分隔壁(122)和第二分隔壁(123)之間的部分與第一分隔壁(122)和第二分隔壁(123)形成中體(12m)并形成中心體組件(12)的中腔(Cm); 殼體(121)的位于第二分隔壁(123)的軸向后方的部分與第二分隔壁(123)形成后體(12r)并形成中心體組件(12)的后腔(Cr)。5.根據(jù)權利要求4所述的加力燃燒室(I)，其特征在于， 油路組件(13)包括: 燃料管(131)，一端連通于供油油路，另一端連通于中心體組件(12)的前腔(Cf);以及 霧化噴頭(132)，設置于且連通于燃料管(131)的所述另一端并位于中心體組件(12)的前腔(Cf)內，對經(jīng)由供油油路以及燃料管(131)供入的燃料進行蒸發(fā)處理； 中心體組件(12)的殼體(121)在前體(12f)的對應環(huán)形燃燒腔(14)的位置設置有沿徑向貫通殼體(121)的且沿殼體(I21)的周向分布的多個燃料噴口(O)，各燃料噴口(O)連通中心體組件(12)的前腔(Cf)和環(huán)形燃燒腔(14)，以使蒸發(fā)處理的燃料經(jīng)由各燃料噴口(O)進入環(huán)形燃燒腔(14)。6.根據(jù)權利要求1所述的加力燃燒室(I)，其特征在于，加力燃燒室(I)還包括: 調節(jié)機構(15)，設置在外筒體組件(11)內，以調節(jié)后體(12r)相對中體(12m)的軸向位置。7.根據(jù)權利要求6所述的加力燃燒室(I)，其特征在于，調節(jié)機構(15)位于中心體組件(12)的后腔(Cr)內，一端連接于殼體(121)在后體(12r)的部分，而另一端連接于第二分隔壁(123)，以調節(jié)后體(12r)相對中體(12m)的軸向位置。8.根據(jù)權利要求6所述的加力燃燒室(I)，其特征在于，調節(jié)機構(15)為氣缸，包括: 缸體(151)，一端樞轉連接于第二分隔壁(123);以及 活塞桿(152)，一端伸入缸體(151)，另一端伸出缸體(151)并與殼體(121)在后體(12r)的部分樞轉連接。9.根據(jù)權利要求1所述的加力燃燒室(I)，其特征在于，加力燃燒室(I)還包括: 支架(17)，一端固定連接中心體組件(12)的后體(12r)，而另一端固定連接于外筒體組件(11)的外殼(111)。10.—種渦輪發(fā)動機，其特征在于，所述渦輪發(fā)動機包括權利要求1-9中任一項所述的加力燃燒室(I); 禍輪發(fā)動機還包括: 機匣(2)，固定連接于加力燃燒室(I)的外筒體組件(11)，具有氣流通道(21)，且氣流通道(21)連通于環(huán)形燃燒腔(14)的氣體入口(141);以及 渦輪機(3)，收容于機匣(2)。
【文檔編號】F23R7/00GK205593001SQ201620298222
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】王兵, 計自飛, 謝嶠峰, 張會強
【申請人】清華大學