CN112325333B - 航空发动机油气混合方法及混合腔结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空发动机油气混合方法及混合腔结构，油气混合方法通过航空发动机油气混合腔结构实现，其包括：使燃油在预设平面内以扇状雾化的形式喷入混合腔形成油屏；使压缩气体在混合腔内沿预设方向行进；所述预设方向与所述预设平面的夹角为90°。油气混合腔结构，包括：由油气混合腔体管壁形成的油气混合腔，油气混合腔体管壁具有连通油气混合腔的压缩气体输入口及设置于油气混合腔内的进气门；燃油通过燃油通道经燃油喷口喷入油气混合腔形成油屏；压缩气体在油气混合腔内沿着油气混合腔体管壁所限定的方向行进。本发明具有反射发动机燃烧腔中高温、高压燃烧气流的功能，有效地提高了油气混合率及混合物点燃效率。

Description

航空发动机油气混合方法及混合腔结构

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及航空发动机的油气混合方法及混合腔结构。

背景技术

航空发动机（aero-engine）是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的重要推动力，人类航空史上的每一次重要变革都与航空发动机的技术进步密不可分。现有的航空发动机在工作过程中燃油与压缩空气之间依旧存在混合不充分、不均匀的问题，从而使得油气混合物燃烧效率低，无法高效的燃烧；即使点燃进行运行，则也会由于油气混合不充分、不均匀而引起燃烧不稳定现象，导致一系列发动机问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种航空发动机的油气混合方法及油气混合腔结构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

航空发动机油气混合方法，所述混合方法通过下述所述的航空发动机油气混合腔结构实现，所述混合方法包括：使燃油在预设平面内以扇状雾化的形式喷入混合腔形成油屏；使压缩气体在混合腔内沿预设方向行进；其中，所述预设方向与所述预设平面的夹角为90°。

航空发动机油气混合腔结构，包括：由油气混合腔体管壁形成的油气混合腔，所述油气混合腔体管壁具有连通所述油气混合腔的压缩气体输入口；及设置于所述油气混合腔内的进气门，所述进气门具有设置于其内部的燃油通道；所述燃油通过燃油通道经燃油喷口喷入油气混合腔形成油屏；所述压缩气体在油气混合腔内沿着油气混合腔体管壁所限定的方向行进。

可选的，所述进气门包括：进气座、进气杆、节套、弹性件限位封堵堵头；所述进气座具有一个自该进气座的右端面贯通延伸到左端面的腔体结构；所述腔体结构包括远离所述进气杆的大腔体及靠近所述进气杆的小腔体，所述大腔体与所述小腔体连接处形成有台阶；所述节套、弹性件及限位封堵堵头依序且相互接触装入在所述大腔体内；所述进气杆包括大杆体和小杆体，所述大杆体与所述小杆体连接处形成有台阶；所述小杆体穿过所述小腔体与所述节套相连接；所述燃油通道经大杆体一直延伸到小杆体处，所述燃油喷口设置于所述小杆体；其中，所述进气座在弹性件的作用下，具有沿着所述进气杆往复运动的趋势，其往复运动的行程被限制在台阶与节套左端面之间；当所述进气座往复运动时，所述燃油喷口随着进气座的往复运动而开启或者封闭。

可选的，所述节套具有螺纹孔；所述进气杆具有自所述小杆体的一端向外延伸的螺纹杆；所述螺纹杆螺纹连接在所述螺纹孔中。

可选的，所述进气座包括：座体；和一体形成于所述座体一端的裙体；所述裙体自座体的一端向外呈扩张趋势；所述腔体结构自所述裙体的一端向所述座体内部延伸，并贯穿该座体。

可选的，所述裙体形成有一个自所述裙体一端面向内凹陷的凹腔。

可选的，所述燃油喷口数量为2个 ，二者围绕所述小杆体对称设置。

可选的，所述航空发动机进气门的裙体具有第一斜面结构；所述油气混合腔体管壁在位于裙体处具有第二斜面结构；所述第一斜面结构与第二斜面结构相适配，二者之间形成一个供油气混合料进入发动机燃烧腔的通道；所述通道可随着进气座的往复运动自适应地关闭或者开启。

可选的，所述航空发动机进气门的座体的外侧还设置有多个滑动支撑翼板；每一个所述滑动支撑翼板的一端均延伸至所述裙体的表面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明燃油通过燃油喷口以扇形雾化的型式喷入至油气混合腔内，并与从压缩气体输入口输入的压缩气体垂直交汇，从而形成了气推油现象。从而使得燃油团粒在气流的冲压拉伸作用下，由大变小，并与气体分子相互融合为雾状油、气混合体。有效地提高了混合率，有利于点火率的提高。同时为发动机连续燃烧，提供了可靠的保障。

2、本发明通过裙体的第一斜面结构和油气混合腔体管壁的第二斜面结构二者之间形成的通道，将油气混合物斜面全角度以紊流的形态导入发动机燃烧腔，迫使油气混合物在发动机燃烧腔内进行第二次充分混合，更进一步地提高了混合率，提高混合物点燃效率。

3、本发明具有反射发动机燃烧腔中高温、高压燃烧气流的功能。当发动机点火燃烧过程中产生的高温、高压燃气，形成反向燃烧现象时，会在裙体上产生压力，裙体会受压力的作用，使其自动向左端移动、压缩弹性件，直至裙体的第一斜面结构紧压油气混合腔体管壁的第二斜面结构，以封闭油气混合腔体中油气混合物气流进入发动机燃烧腔。作用于裙体上的燃烧压力在裙体停止后退产生硬性阻尼效应时，会瞬间产生反射动能，从而进气门以气相活塞的形式推动发动机燃烧腔内的高温、高压燃气，向发动机喷管运动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中油气混合腔结构示意图。

图2为本发明中进气门的结构示意图。

附图标记：1、进气座；10、座体；11、滑动支撑翼板；12、裙体；120、第一斜面结构；13、凹腔；1a、大腔体；1b、小腔体；1c、第一台阶；2、进气杆；20、大杆体；21、小杆体；22、螺纹杆；23、燃油通道；24、燃油喷口；2c、第二台阶；3、节套；30、螺纹孔；4、弹性件；5、限位封堵堵头；100、进气门；200、油气混合腔体管壁；201、压缩气体输入口；202、第二斜面结构；203、通道；300、发动机燃烧腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

本发明实施例提供了一种航空发动机油气混合方法，所述混合方法包括：

使燃油在预设平面内以扇状雾化的形式喷入混合腔形成油屏；

使压缩气体在混合腔内沿预设方向行进；

所述预设方向与所述预设平面的夹角为90°。

实施例2

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种航空发动机油气混合腔结构，用于实现如实施例1中所述的油气混合方法，该油气混合腔结构包括：进气门100和由油气混合腔体管壁200形成的油气混合腔。所述油气混合腔体管壁200具有连通所述油气混合腔的压缩气体输入口201。所述进气门100设置于所述油气混合腔内，所述进气门100具有设置于其内部的燃油通道23。所述燃油通过燃油通道23经燃油喷口24喷入油气混合腔形成油屏；所述压缩气体在油气混合腔内沿着油气混合腔体管壁200所限定的方向行进。使用时，油、气输入所述油气混合腔的位置是油前气后，燃油通过燃油喷口24以扇形雾化的型式喷入燃油至所述油气混合腔内，形成一道油屏，该油屏与从压缩气体输入口201输入到所述油气混合腔内的压缩气体垂直交汇，从而形成了气推油现象，沿着预设方向前进。

具体的，所述进气门100包括：进气座1、进气杆2、节套3、弹性件4和限位封堵堵头5。所述进气座1具有一个自该进气座1的右端面贯通延伸到左端面的腔体结构。所述腔体结构包括远离所述进气杆2的大腔体1a及靠近进气杆2的小腔体1b，所述大腔体1a和小腔体1b连接处形成有第一台阶1c。所述节套3、弹性件4及限位封堵堵头5依序且相互接触装入所述大腔体1a内。所述弹性件4可采用弹簧，优选为复进簧；所述限位封堵堵头5可采用封堵限位螺。所述进气杆2包括大杆体20和小杆体21，所述大杆体20与所述小杆体21连接处形成有第二台阶2c。所述第一台阶1c和所述第二台阶2c处分别设置有缓冲垫，通过缓冲垫能有效起到缓冲效果，延长该进气门的使用寿命。所述小杆体21穿过所述小腔体1b与所述节套3相连接。具体的，所述节套3具有螺纹孔30，进气杆2具有自所述小杆体21的一端向外延伸的螺纹杆22，所述螺纹杆22螺纹连接在所述螺纹孔30中。

所述进气座1包括：座体10和一体形成于所述座体10一端的裙体12。所述裙体12自座体10的一端向外呈扩张趋势，所述腔体结构自所述裙体12的一端向所述座体10内部延伸，并贯穿该座体10。所述裙体12形成有一个自所述裙体12一端面向内凹陷的凹腔13。具体的，所述裙体12向座体10右端面向外呈扩张趋势，所述大腔体1a和小腔体1b自所述裙体12的左端向座体10内部延伸，并向左端贯穿该座体10。所述凹腔13自所述裙体12右端面向内凹陷。

所述进气杆2具有设置于其内部的燃油通道23，所述小杆体21上开设有燃油喷口24，所述燃油通道23经燃油喷口24与所述油气混合腔体相连通。所述燃油通道23经大杆体20一直延伸到小杆体21处，所述燃油喷口24设置于所述小杆体21。所述燃油喷口24数量为2个，二者围绕所述小杆体21对称设置。所述裙体12具有第一斜面结构120，所述油气混合腔体管壁200在位于裙体12处具有第二斜面结构202，所述第一斜面结构120与第二斜面结构202相适配，二者之间形成一个供油气混合料进入发动机燃烧腔的通道203，所述通道203可随着发动机燃烧腔300的爆震自适应地关闭或开启。所述座体10的外侧还设置有多个滑动支撑翼板11，每一个所述滑动支撑翼板11的一端均延伸至所述裙体12的表面。优选的，所述滑动支撑翼板11采用4个，且围绕所述座体10对称设置。压缩气体流动方向与燃油通道23的夹角为90°。可理解为所述裙体12为蝶形结构，凹腔13位于裙体12右端的凹槽内。

所述进气座1在弹性件4的作用下，该进气座1具有沿着进气杆2往复运动的趋势，其往复运动的行程被限制在第二台阶2c与节套3左端面之间。当所述进气座往复运动时，所述燃油喷口随着进气座的往复运动而开启或者封闭。当进气座1受到的压力大于弹性件4的压力时，就会自动压缩弹性件4，从而使得进气门100自动对通道203进行开启或关闭。具体的，当进气杆2受到从左端面的压力时，进气杆2就会向右端移动、经节套3压缩弹性件4，从而使进气座1向右端移动，从而开启燃油喷口24和通道203；当进气座1受到从右端面来的压力时，限位封堵堵头5就会向左移动、压缩弹性件4，从而使进气座1向左端移动，从而封闭燃油喷口24和对通道203进行关闭。

根据上述所述，从而使燃油在预设平面内以扇状雾化的形式喷入混合腔形成油屏；使压缩气体在混合腔内沿预设方向行进；所述预设方向与所述预设平面的夹角为90°。

其具体的混合方法是：燃油通过燃油喷口24以扇形雾化的型式喷入燃油至所述油气混合腔内，形成一道油屏，该油屏与从压缩气体输入口201输入到所述油气混合腔内的压缩气体垂直交汇，从而形成了气推油现象。压缩气体受所述油气混合腔的结构限制流向，即压缩气体从压缩气体输入口201输入后，横向流动，而燃油从燃油喷口24竖向流动，从而使燃油与压缩气体垂直交汇，形成气推油现象。此时的燃油借助输出压的作用，连续向油气混合腔中输入燃油，在推压气流中，形成了一个拉伸渗透性雾化区，从而使燃油团粒在气流的冲压拉伸作用下，由大变小，并与气体分子相互融合为雾状油、气混合体，其混合率基本达到96%，有利于点火率的提高，同时为发动机连续燃烧，提供了可靠的保障。同时，由于第一斜面结构120与第二斜面结构202二者之间形成一个供油气混合料进入发动机燃烧腔的通道203，所述油气混合腔中的油、气混合物通过斜面通道203以紊乱的形态导入燃烧室，迫使油、气混合物在发动机燃烧腔300内进行第二次充分混合，因此混合率达到96%以上，大大提高混合物点燃效率。

通过从燃油通道23和压缩气体输入口201同时输入油、气，燃油通过燃油喷口24雾化喷入至发动机燃烧腔的通道203，在通道203中与压缩气体输入口201输入的气流混合。以动态推压混合状态，经滑动支撑翼板11之间的气流，向裙体12背面运动，即向第一斜面结构120处运动，在后续混合油、气连续推压的作用下，通道203为开启状态，即油气混合物经第一斜面结构120与第二斜面结构202二者之间形成通道203扩散输入至发动机燃烧腔300内。由于裙体12为蝶形结构，使得油气混合物在发动机燃烧腔300内以交叉紊流态进行第二次混合。

当发动机燃烧腔300向发动机喷管方向流动后，在发动机喷管方向油气混合物会被点火器点燃，瞬间产生封堵性燃爆，同时，向裙体12方向产生反向燃烧，形成顶流燃烧，使发动机燃烧腔300内压力快速升高，当发动机燃烧腔300内燃烧产生出的压力大于26kg时，裙体12因燃烧产生的压力大于弹性件4和油气混合腔中两力之和，就会自动压缩弹性件4和油气混合腔的合力，直至裙体12的第一斜面结构120紧压油气混合腔体管壁200的第二斜面结构202，以封闭油气混合腔中推压油气混合物流向发动机燃烧腔300。即在发动机点火燃烧过程中产生的高温、高压燃气，会形成反向燃烧现象，会在裙体12面上产生动压，裙体12受动压的作用，在动压超过弹性件4和油气混合腔中两力之和时，裙体12向左端移动、压缩弹性件4，直至第一斜面结构120紧压第二斜面结构202，以此封闭油气混合腔来流，从而终止油气混合物气流进入发动机燃烧腔300，从而对通道203进行关闭，使发动机燃烧腔300呈单向封闭状态。作用于裙体12上的燃烧压力在裙体12停止后退产生硬性阻尼效应时，会瞬间产生反射动能。在连续半封闭式燃烧增压过程中，发动机燃烧腔300高温、高压燃气流，在裙体12面反射振荡波的作用下，以气相活塞的形式推动发动机燃烧腔300内的高温、高压燃气，向发动机喷管运动。从而使进气门100具有反射燃烧室中高温、高压燃烧气流的功能，在燃烧腔内形成反射振荡（7次/s）气相爆震波，使发动机喷管产生燃气爆震效应，能达到瞬间520kg推力效能。

在上文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“端”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (8)

1.航空发动机油气混合腔结构，其特征在于，包括：

由油气混合腔体管壁（200）形成的油气混合腔，所述油气混合腔体管壁（200）具有连通所述油气混合腔的压缩气体输入口（201）；及

设置于所述油气混合腔内的进气门（100），所述进气门（100）具有设置于其内部的燃油通道（23）；

所述燃油通过燃油通道（23）经燃油喷口（24）喷入油气混合腔形成油屏；所述压缩气体在油气混合腔内沿着油气混合腔体管壁（200）所限定的方向行进；

其中，所述进气门包括：进气座（1）、进气杆（2）、节套（3）、弹性件（4）限位封堵堵头（5）；

所述进气座（1）具有一个自该进气座（1）的右端面贯通延伸到左端面的腔体结构；所述腔体结构包括远离所述进气杆（2）的大腔体（1a）及靠近所述进气杆（2）的小腔体（1b），所述大腔体（1a）与所述小腔体（1b）连接处形成有第一台阶（1c）；

所述节套（3）、弹性件（4）及限位封堵堵头（5）依序且相互接触装入在所述大腔体（1a）内；

所述进气杆（2）包括大杆体（20）和小杆体（21），所述大杆体（20）与所述小杆体（21）连接处形成有第二台阶（2c）；

所述小杆体（21）穿过所述小腔体（1b）与所述节套（3）相连接；

所述燃油通道（23）经大杆体（20）一直延伸到小杆体（21）处，所述燃油喷口（24）设置于所述小杆体（21）；

所述进气座（1）在弹性件（4）的作用下，具有沿着所述进气杆（2）往复运动的趋势，其往复运动的行程被限制在第二台阶（2c）与节套（3）左端面之间；当所述进气座（1）往复运动时，所述燃油喷口（24）随着进气座（1）的往复运动而开启或者封闭。

2.如权利要求1所述的航空发动机油气混合腔结构，其特征在于：

所述节套（3）具有螺纹孔（30）；

所述进气杆（2）具有自所述小杆体（21）的一端向外延伸的螺纹杆（22）；

所述螺纹杆（22）螺纹连接在所述螺纹孔（30）中。

3.如权利要求2所述的航空发动机油气混合腔结构，其特征在于，所述进气座（1）包括：

座体（10）；和

一体形成于所述座体（10）一端的裙体（12）；

所述裙体（12）自座体（10）的一端向外呈扩张趋势；

所述腔体结构自所述裙体（12）的一端向所述座体（10）内部延伸，并贯穿该座体（10）。

4.如权利要求3所述的航空发动机油气混合腔结构，其特征在于，所述裙体（12）形成有一个自所述裙体（12）一端面向内凹陷的凹腔（13）。

5.如权利要求1所述的航空发动机油气混合腔结构，其特征在于，所述燃油喷口（24）数量为2个 ，二者围绕所述小杆体（21）对称设置。

6.如权利要求3所述的航空发动机油气混合腔结构，其特征在于：

所述裙体（12）具有第一斜面结构（120）；

所述油气混合腔体管壁（200）在位于裙体（12）处具有第二斜面结构（202）；

所述第一斜面结构（120）与第二斜面结构（202）相适配，二者之间形成一个供油气混合料进入发动机燃烧腔的通道（203）；

所述通道（203）可随着进气座（1）的往复运动自适应地关闭或者开启。

7.如权利要求6所述的航空发动机油气混合腔结构，其特征在于：

所述座体（10）的外侧还设置有多个滑动支撑翼板（11）；

每一个所述滑动支撑翼板（11）的一端均延伸至所述裙体（12）的表面。

8.航空发动机油气混合方法，所述混合方法通过权利要求1～7任意一项所述的航空发动机油气混合腔结构实现，其特征在于，所述混合方法包括：

使燃油在预设平面内以扇状雾化的形式喷入混合腔形成油屏；

使压缩气体在混合腔内沿预设方向行进；

其中，所述预设方向与所述预设平面的夹角为90°。

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