CN103471135A

CN103471135A - 喷流进气喷气燃烧器

Info

Publication number: CN103471135A
Application number: CN 201310383036
Authority: CN
Inventors: 邹吉武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明涉及一种喷流进气喷气燃烧器，该燃烧器利用喷射气流吸入空气并利用气流的旋转动能通过扇形导向隔离器进入主燃烧室，吸入的空气与燃料混合燃烧后形成高温高压气体并经喷口喷出。本发明的喷流进气喷气燃烧器可用于飞行器的喷气发动机和需要高温高压气流等方面的应用。由于没有旋转部件，使燃烧器结构简化，工作压力提高，可靠性增强。

Description

喷流进气喷气燃烧器

技术领域

本发明涉及一种喷流进气喷气燃烧器，特别是提供了一种利用喷射气流吸入空气燃烧燃料，形成燃烧室内高温高压气体向外喷射的燃烧器，适合在飞行器和其它燃烧加热设备中使用。

背景技术

燃烧装置需要消耗空气中的氧气和燃烧后形成高温高压喷射气流，现有的这类设备广泛使用鼓风机提供高压空气，需消耗额外的能量并增加附属设备，降低了***的可靠性。例如航空喷气发动机需要采用涡扇旋转进气，还要有驱动涡扇的耐高温燃气叶片获取燃气动力。

自从有了航空喷气发动机以来，虽然在各个方面都取得了较大的进步，但基本模式没有本质的改变，都需要使用压气机提供进入燃烧室内的空气。如中国专利201120213212.X的冲压发动机等，虽然不需要使用压气机工作，但需要在高速飞行条件下才能持续运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷流进气喷气燃烧器，该燃烧器利用喷射气流吸入空气并利用气流的旋转动能通过扇形导向隔离器进入主燃烧室，吸入的空气与燃料混合燃烧后形成高温高压气体并经喷口喷出。

本发明的喷流进气喷气燃烧器，是在主燃烧室进气侧安装喷射高速旋转气流的喷口，与喷口紧密相邻的进气口在喷口扩张段的空间内形成局部低气压，吸入外部空气并随喷口高速气流作圆周旋转运动，在喷口扩张段和主燃烧室之间安装扇型导向隔离器，扇型导向隔离器的每个叶片呈螺旋状分布，螺旋的旋转方向与高速气流的旋转方向相同，扇型导向隔离器叶片间的空隙提供旋转气流进入主燃烧室的通道，入口的间隙大，出口的间隙小。扇型导向隔离器叶片固定安装在组合内锥体和主燃烧室外壳之间。高速旋转气流由带收缩管的启动喷口和回馈喷口提供，与启动喷口相连通的是启动高压燃烧器，启动高压燃烧器外部提供高压空气或氧气并与高压燃油混合后点火燃烧。回馈喷口的高压气源来自主燃烧室，取压口开在主燃烧室推进喷口附近以获得较高的回馈压力。旋转气流可在一个一端具有圆锥型收缩喷口的圆锥型腔体内生成，也可以在扇型导向隔离器叶片的前侧沿扇型导向叶片的螺旋方向直接喷吹。启动喷口和回馈喷口至少各有一个，当有多个启动喷口和回馈喷口时应在形成旋转气流的圆周内均匀分布。启动高压燃烧器和启动喷口的作用是在主燃烧室内压力没有建立前通过燃烧燃料，喷射高速旋转气流并吸入空气进入主燃烧室，也可以在需要大幅度提高主燃烧室内压力的情况下提供额外的喷流气源。回馈喷口与主燃烧室之间连通管道中安装有开闭阀门，启动前和启动过程中这个阀门关闭，主燃烧室压力建立起来后这个阀门打开，由主燃烧室提供回馈喷口的喷出气流。

本发明的喷流进气喷气燃烧器，可采用圆锥形腔体形成旋转气流，高速旋转气流喷口为圆锥型喷口，与圆锥型喷口紧密相邻的进气口为圆型，进气口可位于圆锥型喷口内侧和外侧，进气口在内侧可以利用圆锥型喷口旋转气流产生的离心力，形成类同漩涡中心的低气压增强进气效果，同时圆锥型腔体的空间大，有利于旋转气流的形成。采用圆锥形腔体生成旋转气流时启动喷口和回馈喷口对称分布在圆锥型腔体大直径一端的圆周上，这两个喷口的气流沿圆周的同一切向进入圆锥形腔体并生成旋转气流，旋转气流在压力作用下沿轴向朝圆锥型喷口运动并从圆锥型喷口喷出。采用圆锥形腔体和圆锥型喷口可在进气口外侧安装圆锥型节流锥，调节进气的流量。本发明的喷流进气喷气燃烧器，也可以采用沿扇型导向叶片的螺旋方向直接喷吹，喷口采用长方形，进气口在喷气口的外侧，喷气口与进气口组成的长方型嵌套喷口安装在扇型导向叶片前方，喷口的长边沿扇型导向叶片的直径方向放置，形成一个沿圆周切向喷吹的径向气流柱体。喷口在轴向安装的倾斜角度与扇型导向叶片的螺旋角相同，有利于喷气气流沿扇型导向叶片之间的空隙进入主燃烧室。

本发明的喷流进气喷气燃烧器用于飞行器使用时，在进气通道中安装进气分配叶片阀门和进气导管，进气导管中的高压空气可直接导引进入主燃烧室，低速飞行时将进气导管中的进气开闭阀关闭，防止主燃烧室的压力泄漏。高速飞行时将导管中的进气开闭阀打开，由进气分配叶片阀分流进气气流直接进入主燃烧室。启动高压燃烧器与回馈高压气流管道之间安装有连通管，连通管上安装一个开闭阀门，主燃烧室启动前阀门关闭。当主燃烧室压力建立后可关闭启动高压燃烧器的气体和燃油供应，打开连通管道上的阀门将回馈高压气流送入启动高压燃烧器，利用启动喷口喷射气流。安装扇型导向隔离器叶片的圆锥体使得两个叶片间的空隙向主燃烧室方向收缩，入口的间隙大，出口的间隙小，增加隔离效果并有利于旋转气流进入主燃烧室。扇型导向隔离器叶片的数量较多隔离效果好，但进气阻力增加。扇型导向隔离器叶片的螺旋角小，隔离效果好，但进气的行程增加阻力增大。扇型导向隔离器的尺寸和叶片螺旋角以及间隙的大小可根据主燃烧室的压力和燃料氧气的消耗量综合计算和设计。

附图说明

图1.是本发明的喷流进气喷气燃烧器的结构和工作原理示意图；

图2.是本发明的喷流进气喷气燃烧器进气口在圆锥型喷口外侧的结构示意图；

图3.是本发明的喷流进气喷气燃烧器的扇型导向隔离器结构示意图；

图4.是本发明的喷流进气喷气燃烧器直接喷吹的结构示意图；

图5.是本发明的喷流进气喷气燃烧器直接喷吹的喷口位置和倾角示意图。

具体实施方式

结合图1，外锥体2和内锥体3之间形成一个圆锥型腔体，圆锥型腔体的大直径端安装有启动喷口4和回馈喷口5。启动喷口与启动高压燃烧器16相连通，启动高压燃烧器内由高压燃油管17和高压氧气管18引进燃料和氧气，由启动点火器19引燃，高压气流经启动喷口4喷出。回馈喷口5经管道和开闭阀门15并经回馈取压口14与主燃烧室23连通，燃烧***启动前和启动过程中开闭阀门15关闭，当主燃烧室压力建立后开闭阀门15打开，将主燃烧室内的高压气流导入并经回馈喷口5喷出。启动喷口4和回馈喷口5对称分布在外锥体2和内锥体3之间形成圆锥型腔体大直径的一端，启动喷口和回馈喷口的气流沿圆周切向进入圆锥型腔体生成旋转气流，方向标志20是气流旋转方向。圆锥型腔体的旋转气流在压力作用下向收缩端的圆锥型喷口1运动并经这个喷口喷出，圆锥型喷口的外侧是扩张段喇叭口7，内侧紧密相邻的是圆形进气口21，进气口与圆锥型进气通道相连通。圆锥型喷口1喷出的高速旋转气流在扩张段空间形成低压区，外部空气在大气压力作用下经进气通道沿方向22进入进气口，与扩张段的高速旋转气流混合并进入扇型导向隔离器10叶片之间的空隙，在空气旋转动力作用下进入主燃烧室23。扇型导向隔离器10的叶片安装在组合内锥体13上，外圆周固定在主燃烧室外壳上。扇型导向隔离器叶片间的空隙提供旋转气流进入主燃烧室的通道，入口的间隙大，出口的间隙小，增加进气和隔离的效果。由扇型导向隔离器进入主燃烧室的空气与燃油喷咀9喷出的燃料混合后燃烧，形成的高温高压气流从推进喷口24喷出。推进喷口的尾整流锥30调整气流喷出的效果。主燃烧室燃料经供油管8输送。进气口21进气的流量用节流锥6调节，控制节流锥的电动执行器11通过控制电缆12与外部控制器连接。主燃烧室内有备用点火器25，在进入主燃烧室气体温度较低时用于点燃混合燃气。回馈气流的管道通过连通管37和开闭阀38与启动高压燃烧器16相连通，启动高压燃烧器工作时阀门38关闭。当主燃烧室压力建立后关闭启动高压燃烧器的燃料供给的同时阀门38打开，将回馈气流引入启动喷口并利用启动喷口喷射回馈气流。

图2中，进气口21在圆锥型腔体的外侧，圆锥型腔体的内部增加一个旋转内锥体27，有利于圆锥型腔体内旋转气流的形成。进气通道与主燃烧室之间安装进气导管28，进气导管上安装开闭阀门36，在进气通道上进气导管开口的内侧安装进气分配叶片阀29。在使用喷流进气喷气燃烧器作为飞行器使用，如果飞行器运动速度提高到进气通道的空气压力大于主燃烧室的压力后，打开开闭阀门36，调节进气分配叶片阀29的开度，分配部分进气气流通过进气导管直接进入主燃烧室，可提高主燃烧室的进气量。图3是本发明的喷流进气喷气燃烧器的扇型导向隔离器结构示意图，扇型导向隔离器10导向叶片按右旋的螺旋状分布，与圆锥型喷口的旋转气流方向相匹配。导向叶片安装在圆锥型组合内锥体13上，两个叶片间的间隙向主燃烧室的方向收缩，对旋转气流形成入口大，出口小的结构，有利于旋转气流进入主燃烧室，增加主燃烧室的高气压与圆锥型喷口扩张段空间低压区隔离的效果。整流罩26用于增加进气气流。

结合图4和图5，高速气流直接喷吹到扇型导向隔离器10的导向叶片，回馈喷口32为长方形，进气口21在回馈喷口的外侧。启动喷口31与回馈喷口的形状相同，对称分布在与扇型导向隔离器前端相邻近的圆周上，喷气口与进气口组成的长方型嵌套喷口安装在扇型导向叶片前方，喷口的长边沿扇型导向叶片的直径方向放置，形成一个沿圆周切向喷吹的径向气流柱体。喷口在轴向安装的倾斜角度34用α表示，扇型导向隔离器叶片的螺旋角35用β表示，应保证喷口安装的轴向倾斜角与扇型导向隔离器叶片的螺旋角相同。进气通道的底部安装有进气隔离板33，在隔离板33上分布导气管用于将每个进气口和进气通道连通。

Claims

1.一种喷流进气喷气燃烧器，其特征是利用收缩喷口喷出的高速旋转气流吸入空气并在气流的旋转动能作用下通过扇形导向隔离器进入主燃烧室，主燃烧室的空气与燃料混合燃烧后形成高温高压气体并通过推进喷口喷出。

2.根据权利要求1的喷流进气喷气燃烧器，其特征是收缩喷口喷出的高速气流在扇形导向隔离器前端的低压区吸入外部空气并形成旋转气流，旋转气流的方向与扇形导向隔离器叶片的螺旋方向一致。

3.根据权利要求1的喷流进气喷气燃烧器，其特征在于高速旋转气流由启动高压燃烧器和主燃烧室高压气体经回馈管道提供，启动高压燃烧器外部提供高压氧气或高压空气燃烧高压油管喷出的燃料，高压气体通过启动喷口和回馈喷口喷出，启动喷口和回馈喷口至少各有一个，具有多个启动喷口和回馈喷口时应在形成旋转气流的圆周内均匀分布。

4.根据权利要求1的喷流进气喷气燃烧器，其特征在于旋转气流可在一个圆锥型腔体内生成，通过圆锥型腔体一端收缩的圆锥型喷口喷出，进气口在圆锥型喷口的外侧或内侧紧密相邻。

5.根据权利要求1的喷流进气喷气燃烧器，其特征是可采用直接喷吹产生高速旋转气流，喷口采用长方形，进气口在喷气口的外侧，喷气口与进气口组成的长方型嵌套喷口安装在扇形导向隔离器叶片的前方，喷口的长边沿扇型导向叶片的直径方向放置，形成一个沿圆周切向喷吹的径向气流柱体，喷口在轴向安装的倾斜角度与扇型导向叶片的螺旋角相同。

6.根据权利要求1的喷流进气喷气燃烧器，其特征是扇形导向隔离器的叶片安装在组合锥体上，扇型导向隔离器的每个叶片呈螺旋状分布，螺旋的旋转方向与高速气流的旋转方向相同，扇型导向隔离器叶片的间隙入口的间隙大，出口的间隙小，扇型导向隔离器的尺寸和叶片螺旋角以及间隙的大小根据主燃烧室的压力和燃料氧气的消耗量综合计算和设计。