一种带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的制作方法

专利2022-05-10  7



1.本发明涉及一种带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器,其可用于高推重比航空发动机的一体化加力燃烧室,属于航空技术领域。


背景技术:

2.新一代加力涡扇发动机追求高的推重比,在加力燃烧室方面,就要求零部件简洁,冷态流阻损失低,加力段长度占比小,同时加力燃烧效率高。加力燃烧室采用火焰稳定器稳定火焰组织燃烧,火焰稳定器的性能是加力燃烧室性能的决定性影响因素。新一代加力涡扇发动机大多采用整流支板与火焰稳定器一体化设计的一体化加力燃烧室。但常规支板火焰稳定器产生卡门涡街型回流涡,其回流涡稳定性较差,会导致局部不稳定的燃烧。
3.因加力段长度占比小,燃油喷射到火焰稳定器后缘距离相应变小,在被点燃前燃油雾化、蒸发和掺混不充分,容易导致燃烧不稳定,与回流涡导致的不稳定燃烧叠加后,会放大燃烧不稳定问题,进而影响燃烧反应进程;火焰稳定器后缘到喷管出口距离相应变小,燃烧段变短,火焰稳定器后回流区火焰在横向来不及传遍整个燃烧室,部分油气混合物未被充分燃烧,部分油气混合物未参与燃烧而被直接排出,因而严重影响了加力燃烧效率。


技术实现要素:

4.本发明的目的在于提供一种带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器,在波浪尾缘支板火焰稳定器两侧面布置楔形涡流发生器,以提高火焰稳定性和火焰传播速度,减小流阻损失,增大燃烧效率。
5.本发明通过如下技术方案实现。
6.一种带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器,在波浪尾缘支板火焰稳定器两侧面都布置3~5个楔形涡流发生器。
7.进一步,所述的波浪尾缘支板火焰稳定器,弦向平均长90~150mm,展长由具体发动机确定,主要由前缘、平直段、v型波浪尾缘组成,前缘为椭圆型面,椭圆长轴尺寸是短轴的1.75~2.5倍,前缘与平直段相切连续,平直段宽18~28mm,v型波浪尾缘宽24~36mm,v型波浪尾缘各处横截面形状相同,前v形型面夹角55
°
~70
°
,后v形型面夹角100
°
~150
°
,v型波浪尾缘侧面宽1.5~3mm。
8.进一步,所述的v型波浪尾缘含3~5个波长,在波谷位置起始和终止,波浪形为在锯齿形波的波峰和波谷倒圆角得到,圆角半径15~30mm,锯齿形波振幅为6~15mm。
9.进一步,所述的楔形涡流发生器高7~13mm,底面三角形和斜面三角形底边重合,都为等腰三角形,底边长32~40mm,底面三角形高35~45mm,斜面三角形在支板弦向高27~34mm,楔形涡流发生器与v型波浪尾缘的波峰对齐,底面三角形底边与支板前缘平行,距支板前缘45~55mm。
10.与现有技术相比,本发明的优点和取得的有益效果为:
11.第一,火焰稳定性能好。常规支板火焰稳定器产生卡门涡街型回流涡,其回流涡稳
定性较差,使支板火焰稳定器尾流区无规律分布。将常规支板火焰稳定器的v型尾缘改成v型波浪尾缘,v型波浪尾缘后产生k

h型回流涡,且回流涡在展向有分量,波峰、波谷回流区之间存在热质对流传输,因而火焰稳定性能好。
12.第二,火焰传播速度快。相比常规支板火焰稳定器,波浪尾缘支板火焰稳定器的波谷回流区变宽,波峰回流区变窄,涡流发生器诱导的流向涡位于波峰回流区两侧,能强化回流与两侧主流之间的热质对流传输,且回流涡在展向有分量,从而波峰、波谷回流区之间存在热质对流传输,这些都加大了火焰传播速度。
13.第三,流阻损失小。要达到同样的火焰稳定性能和火焰传播速度,与增加常规支板火焰稳定器的宽度相比,将常规支板火焰稳定器改成波浪尾缘支板火焰稳定器,再在波浪尾缘支板火焰稳定器两侧布置涡流发生器,所引起的流阻损失更小,而且,用k

h型回流涡替换卡门涡街型回流涡,有利于减小流阻损失。
14.第四,燃烧效率高。波浪尾缘波谷回流区变宽,虽然波峰回流区变窄,但侧流向涡能强化波峰后回流与两侧主流之间的热质对流传输,且回流涡展向分量使波峰、波谷回流区之间产生热质对流传输,这些提升了火焰传播速度,同时,回流涡展向分量和侧流向涡使燃油雾化、蒸发和掺混更充分,因而燃烧效率高。
附图说明
15.图1为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的等轴视图。
16.图2为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的侧视图。
17.图3为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的俯视图。
18.图4为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的前视图。
19.图5为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的后视图。
20.图6为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的纵向截面v
x
分布。
21.图7为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的横向截面v
x
分布。
22.图8为本发明中无涡流发生器的平直尾缘支板火焰稳定器的纵向截面v
x
分布。
23.图9为本发明中无涡流发生器的平直尾缘支板火焰稳定器的横向截面v
x
分布。
24.图10为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的流线图。
25.图11为本发明中带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器的另一视角流线图。
26.在附图中,1为前缘;2为平直段;3为v型波浪尾缘;4为楔形涡流发生器。
具体实施方式
27.下面将结合附图1~5和实施例对本发明进行进一步详细说明。
28.一种带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器,在波浪尾缘支板火焰稳定器两侧面都布置3~5个楔形涡流发生器4,本实施例具体为3个。
29.作为本发明实施例的进一步改进,所述的波浪尾缘支板火焰稳定器,弦向平均长90~150mm,本实施例具体为120mm,展长由具体发动机确定,本实施例具体为180mm,主要由前缘1、平直段2、v型波浪尾缘3组成,前缘1为椭圆型面,椭圆长轴尺寸是短轴的1.75~2.5倍,本实施例具体为2倍,前缘1与平直段2相切连续,平直段2宽18~28mm,本实施例具体为20mm,v型波浪尾缘3宽24~36mm,本实施例具体为26mm,v型波浪尾缘3各处横截面形状相
同,前v形型面夹角55
°
~70
°
,本实施例具体为60
°
,后v形型面夹角100
°
~150
°
,本实施例具体为120
°
,v型波浪尾缘3侧面宽1.5~3mm,本实施例具体为2mm。
30.作为本发明实施例的进一步改进,所述的v型波浪尾缘3含3~5个波长,本实施例具体为3个,在波谷位置起始和终止,波浪形为在锯齿形波的波峰和波谷倒圆角得到,圆角半径15~30mm,本实施例具体为18mm,锯齿形波振幅为6~15mm,本实施例具体为12mm。
31.作为本发明实施例的进一步改进,所述的楔形涡流发生器4高7~13mm,本实施例具体为10mm,底面三角形和斜面三角形底边重合,都为等腰三角形,底边长32~40mm,本实施例具体为36mm,底面三角形高35~45mm,本实施例具体为40mm,斜面三角形在支板弦向高27~34mm,本实施例具体为30mm,楔形涡流发生器4与v型波浪尾缘3的波峰对齐,底面三角形底边与支板前缘平行,距支板前缘45~55mm,本实施例具体为50mm。
32.由图8和9可知,无翅片涡流发生器的支板火焰稳定器产生卡门涡街型回流涡,其回流涡稳定性较差,导致支板火焰稳定器后回流区无规律分布。由图6、7、10和11可知,带涡流发生器的波浪尾缘支板火焰稳定器产生k

h型回流涡,其回流涡稳定性好,在波谷处回流区变宽,波峰处回流区变窄,因回流涡在展向有分量,波峰、波谷回流区之间存在热质对流传输,而涡流发生器诱导的流向涡位于波峰回流区两侧,能强化回流与两侧主流之间的热质对流传输。
33.以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例,而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域的一般技术人员而言,在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动,都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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