專利名稱：蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微小型航空發(fā)動機燃燒系統(tǒng)，特別是蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室。
背景技術(shù)：
目前，在國外對于微小型發(fā)動機已經(jīng)進行了大量的研究工作，并取得了大量的成果，已相應(yīng)制造出各個量級的成熟型號，已形成相當(dāng)?shù)能娛?、民用市場。荷蘭AMT、英國Rolls-Royce、Artesjet等都有一系列的產(chǎn)品，如AMT的Mercury HP和Pegasus HP，Artesjet的KJ66等。某型微小發(fā)動機燃燒室的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由燃燒室前端壁1、火焰筒內(nèi)壁4、壁火焰筒外壁3、蒸發(fā)管2和燃油噴嘴5組成，其中蒸發(fā)管2由多個Г型蒸發(fā)管位于燃燒室火焰筒的中部，燃油噴嘴5采用直射式，從火焰筒前端進氣，在火焰筒頭部采用多股小射流以穩(wěn)定火焰。多個Г型蒸發(fā)管焊接于火焰筒前端壁，直射式燃油噴嘴沿軸向?qū)⑷加蛧娙毵ば驼舭l(fā)管中，該燃燒室采用軸向近氣，蒸發(fā)管的蒸發(fā)率低，導(dǎo)致該燃燒室燃燒效率低；該燃燒室主燃區(qū)靠后，多股小射流的穩(wěn)定火焰方式導(dǎo)致火焰偏長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在有限的空間內(nèi)高效、穩(wěn)定的組織燃燒，解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)與燃燒室性能間的矛盾的蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，其特點在于它由燃燒室火焰筒內(nèi)壁和外壁、3-12個T型蒸發(fā)管、燃油噴嘴組成，3-12個T型蒸發(fā)管沿燃燒室火焰筒的前端壁周向均勻排列，3-12個燃油噴嘴沿徑向插至3-12個T型蒸發(fā)管內(nèi)，在燃燒室火焰筒內(nèi)壁、外壁和前端壁上打有多個孔(火焰筒外壁的孔的個數(shù)為50-70個，前端壁孔的個數(shù)為50-70個)，空氣從燃燒室火焰筒內(nèi)壁、外壁和前端壁進入燃燒室，利用切向進氣在火焰筒頭部形成穩(wěn)定大渦。
所述的T型蒸發(fā)管由位于中部的進口段、與進口段和兩個出口相接的略微彎曲橫段和位于兩端的兩個出口段組成形狀類似“T”的結(jié)構(gòu)，各段內(nèi)外徑相同，兩個出口段出口部分帶收口，橫段為配合主燃區(qū)兩部分成一定夾角。
火焰筒沿軸向的氣量分配在方案設(shè)計時根據(jù)該燃燒室各部分氣量功能按經(jīng)驗關(guān)系給出，一般規(guī)則為氣量分配為頭部氣量為15-20％，主燃孔氣量為13-18％，中間段和摻混段為62-70％，頭部氣量和一半的主燃孔氣量直接參與主燃區(qū)燃燒，另外一半的主燃孔氣量和中間段氣量為補燃作用，剩下氣量摻混燃氣，使高溫燃氣在出口處形成合適的溫度分布，該氣量的分配范圍根據(jù)設(shè)計點燃油消耗量確定，在此范圍基礎(chǔ)上決定各排孔徑的大小及數(shù)量。
所述的燃油噴嘴為一端封閉的小細管，在其一端側(cè)壁上開一定數(shù)量的出油孔，形成徑向噴射。
本發(fā)明的工作原理是燃油從燃油噴嘴中噴進T型蒸發(fā)管中，和T型蒸發(fā)管中的空氣混合，該油氣混合物噴入燃燒室火焰筒中，再和從燃燒室火焰筒的內(nèi)外壁和前端壁噴射進來的空氣混合，在內(nèi)外壁形成的環(huán)腔中組織燃燒，形成單個穩(wěn)定的大渦。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)在燃燒室火焰筒的前端壁采用多個帶彎曲的T型蒸發(fā)管環(huán)形排列，相對于Г型蒸發(fā)管，T型蒸發(fā)管的噴口數(shù)量比Г型蒸發(fā)管多了一倍，使火焰筒頭部的油氣分布相對均勻，更有利于點火和燃燒；再者，T型蒸發(fā)管在軸向長度也相對較短，使主燃區(qū)位置提前，減小了發(fā)動機總體軸向長度；而且前端進氣可以使蒸發(fā)管進口空氣獲得頭部足夠的動能，加速燃油在管中的蒸發(fā)；這種結(jié)構(gòu)還避免了蒸發(fā)管直接暴露在主燃區(qū)末端高溫區(qū)，一定程度上減少燒蝕的幾率。
(2)燃燒室在火焰筒內(nèi)外壁和前端壁上打孔，利用切向進氣，再配合主燃孔進氣在火焰筒頭部形成單個大渦穩(wěn)定火焰，使燃燒效率大大提高。
(3)燃燒室的燃油噴嘴采用徑向噴射到T型蒸發(fā)管內(nèi)壁，配合空氣在蒸發(fā)管內(nèi)部的流動，增加了燃油和空氣混合的湍流度，改善燃油在蒸發(fā)管中蒸發(fā)率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主示意圖；圖3為圖2的前端壁側(cè)視圖；圖4為本發(fā)明的T型蒸發(fā)管結(jié)構(gòu)主剖視圖；圖5為圖4的B向結(jié)構(gòu)剖視圖；圖6為圖4的A-A向結(jié)構(gòu)剖視圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)的Г型蒸發(fā)管與T型蒸發(fā)管蒸發(fā)過程示意圖，其中圖7a為現(xiàn)有技術(shù)中的Г型蒸發(fā)管蒸發(fā)過程示意圖，圖7b為本發(fā)明T型蒸發(fā)管蒸發(fā)過程示意圖；圖8為本發(fā)明的燃油噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖2、3所示，本發(fā)明由燃燒室火焰筒內(nèi)壁4和外壁3、3-12個T型蒸發(fā)管2、燃油噴嘴5組成，3-12個T型蒸發(fā)管2沿燃燒室火焰筒的前端壁1周向均勻排列，3-12個燃油噴嘴5沿徑向插至3-12個T型蒸發(fā)管內(nèi)，在燃燒室火焰筒內(nèi)壁4、外壁3和前端壁1上打有多個孔6，孔數(shù)及孔徑由本燃燒室地氣量分配決定，根據(jù)燃燒室火焰筒的周向尺寸決定，假如需要大氣量的位置，打的孔徑比較大，尺寸就由火焰筒周長決定能打多大及多少，該位置開孔面積之和占總的開孔面積的比例應(yīng)該和該處氣量分配一致，一般數(shù)量見表1。燃油從燃油噴嘴5中噴進T型蒸發(fā)管2中，和T型蒸發(fā)管2中的空氣混合，該油氣混合物噴入燃燒室火焰筒中，再和從燃燒室火焰筒的內(nèi)壁4、外壁3和前端壁1的孔6中噴射進來的空氣混合，利用切向進氣在火焰筒頭部形成穩(wěn)定大渦。
本實施例中的在頭部氣量分配為18.97％，主燃孔氣量分配為15.86％，中間段和摻混段為65.26％的情況下，打孔的數(shù)量、孔徑和位置列表如下表1。
表1

如圖4、5、6所示，本發(fā)明采用的T型蒸發(fā)管由一個進口段2-1、一個略微彎曲橫段2-2和兩個出口段2-3組成形狀類似“T”的結(jié)構(gòu)，各段內(nèi)外徑相同，兩個出口段2-3出口部分帶收口，橫段2-2為配合主燃區(qū)兩部分呈一定夾角θ，一般為150°～180°，在進口段2-1的直段末端有一收縮口，可以把貼壁油膜打碎，促進燃油蒸發(fā)；橫段2-2略微彎曲，是為了讓蒸發(fā)管配合主燃區(qū)的燃燒組織。燃油噴入蒸發(fā)管進口2-1，混合同樣從進口2-1進來的空氣摻混，燃油經(jīng)過蒸發(fā)管的橫段2-2蒸發(fā)，然后再從蒸發(fā)管2兩個出口段2-3噴出到火焰筒環(huán)腔參與燃燒。
如圖7所示，7a、7b分別為Г型和T型蒸發(fā)管的工作示意圖，兩者原理相同，工作過程如上所述，只是結(jié)構(gòu)不同，本發(fā)明的T型蒸發(fā)管尺寸比Г型蒸發(fā)管小，出口多一倍，蒸發(fā)率較高。
如圖8所示，燃油噴嘴5由一端封閉的小細管5-1，在其一端側(cè)壁上開4個出油孔5-2，采用徑向噴射到T型蒸發(fā)管2的內(nèi)壁，配合空氣在蒸發(fā)管內(nèi)部的流動，增加了燃油和空氣混合的湍流度，改善燃油在蒸發(fā)管中蒸發(fā)率。
權(quán)利要求
1.蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，其特征在于它由燃燒室火焰筒內(nèi)壁和外壁、3-12個T型蒸發(fā)管、燃油噴嘴組成，3-12個T型蒸發(fā)管沿燃燒室火焰筒的前端壁周向均勻排列，3-12個燃油噴嘴沿徑向插至3-12個T型蒸發(fā)管內(nèi)，在燃燒室火焰筒外壁和前端壁上分別打有孔，空氣從燃燒室火焰筒內(nèi)壁、外壁和前端壁進入燃燒室，利用切向進氣在火焰筒頭部形成穩(wěn)定單個大渦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，其特征在于所述的T型蒸發(fā)管由位于中部的進口段、與進口段和兩個出口相接的略微彎曲橫段和位于兩端的兩個出口段組成形狀類似“T”的結(jié)構(gòu)，各段內(nèi)外徑相同，兩個出口段出口部分帶收口，橫段為配合主燃區(qū)兩部分形成夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，其特征在于所述的切向進氣的氣量分配為頭部氣量，包括火焰筒內(nèi)壁前排為15-20％，主燃孔氣量為13-18％，中間段和摻混段為62-70％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，其特征在于所述的燃油噴嘴為一端封閉的細管，在其一端側(cè)壁上開有出油孔，形成徑向噴射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，其特征在于所述的火焰筒外壁的孔的個數(shù)為50-70個，前端壁孔的個數(shù)為50-70個。
全文摘要
蒸發(fā)管式微小型發(fā)動機燃燒室，由燃燒室火焰筒內(nèi)壁和外壁、3－12個T型蒸發(fā)管、燃油噴嘴組成，3－12個T型蒸發(fā)管沿燃燒室火焰筒的前端壁周向均勻排列，3－12個燃油噴嘴沿徑向插至3－12個T型蒸發(fā)管內(nèi)，在燃燒室火焰筒內(nèi)壁、外壁和前端壁上打有多個孔，空氣從燃燒室火焰筒內(nèi)壁、外壁和前端壁進入燃燒室，利用切向進氣在火焰筒頭部形成穩(wěn)定單個大渦。本發(fā)明使和空氣混合更加均勻，燃燒更加穩(wěn)定；主燃區(qū)的燃燒組織由于微發(fā)燃燒室的尺寸限制，采用一個大渦穩(wěn)定火焰；總體設(shè)計使燃燒室主燃區(qū)提前，縮短燃燒室的長度。
文檔編號F23R3/02GK1743735SQ200510086539
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者林宇震, 劉俊 申請人:北京航空航天大學(xué)