申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2017-08-15

公开（公告）日：2023-09-29

公开（公告）号：CN107504517B

主分类号：F23R3/16

分类号：F23R3/16;F02K7/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.09.29#授权;2018.01.16#实质审查的生效;2017.12.22#公开

摘要：本发明公开了一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，涉及涡轮冲压组合发动机和涡扇发动机加力冲压燃烧室技术领域，能够在不明显增加阻力损失的基础上，增强点火后火焰在周向的传播，本发明包括：周向交错棱台、燃油喷注孔、台阶平面、热反射斜平面、进气口、出气口、出气通道、进气通道、外壁，外壁是中空的圆柱形，外壁的一端是进气口；进气口连接进气通道，进气通道的内侧设置周向交错棱台；周向交错棱台延伸至台阶平面并且和台阶平面之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔；台阶平面延伸并连接热反射斜平面，热反射斜平面连接出气通道，出气通道另一端连接出气口。本发明适用于加力燃烧室或冲压燃烧室中的点火装置。

主权项：1.一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，其特征在于，包括：周向交错棱台（1）、燃油喷射孔（2）、台阶平面（3）、热反射斜平面（4）、进气口（5）、出气口（6）、出气通道（7）、进气通道（8）、外壁（9），外壁（9）是中空的圆柱形，外壁（9）的一端是进气口（5）；进气口（5）连接进气通道（8），进气通道（8）的内侧设置周向交错棱台（1）；周向交错棱台（1）延伸至台阶平面（3）并且和台阶平面（3）之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔（2）；其中，气流从进气口（5）流入后形成回流区，周向交错棱台（1）加强气流在回流区的周向扩散速度，燃油从燃油喷射孔（2）喷出后，在高速气流的冲击下破碎雾化成为油雾液滴；台阶平面（3）延伸并连接热反射斜平面（4），热反射斜平面（4）连接出气通道（7），出气通道（7）另一端连接出气口（6）其中，台阶平面（3）位置形成的回流区组织稳定燃烧后出现持续的高温区，热反射斜平面（4）将吸收的辐射热反射至外壁（9）；周向交错棱台（1）呈凹凸状，由突起方台与凹陷方台交替排布，一体成型。

全文数据：一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥技术领域[0001]本发明涉及涡轮冲压组合发动机和涡扇发动机加力冲压燃烧室技术领域，尤其涉及一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥。背景技术[0002]涡轮冲压组合循环发动机以拓宽飞行包线、实现常规起落、可重复使用的性能优点备受关注，也是现阶段被认为最有潜力的高超声速飞行器动力装置。为达到更大的推重比，现代先进的涡扇发动机流量大、流速更快，同时由于涡轮冲压组合循环发动机超宽的工作范围，使得进入串联式涡轮冲压组合循环发动机中加力冲压多模态燃烧室的来流条件变化更大，最高来流速度大大提高，稳定组织燃烧的难度系数加大。[0003]在加力燃烧室或冲压燃烧室中，一般可采用中心点火及外凹腔点火作为值班点火，其中，径向传焰借助径向稳定器加速传播，周向的传焰能力一般需要依靠环形稳定器来提高。然而，在高速流场中，环形稳定器会带来很大的阻力损失。[0004]因此，现有技术中，缺少一种能够稳定周向传焰能力，又不会影响飞行效果的稳焰装置。发明内容[0005]本发明提供一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，在不增加环形稳定器的前提下，对中心锥加强扰动和混合设计，通过周向交错棱台与台阶平面连接形成的突扩结构，使得气流在台阶平面形成回流区，在不明显增加阻力损失的基础上，增强点火后火焰在周向的传播。[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，包括:周向交错棱台（1、燃油喷注孔2、台阶平面（3、热反射斜平面4、进气口（5、出气口（6、出气通道7、进气通道8、外壁9；外壁9是中空的圆柱形，外壁9的一端是进气口（5，气流从进气口（5进入；进气口（5连接进气通道8，进气通道8的内侧设置周向交错棱台（1,周向交错棱台（1延伸至台阶平面3并且和台阶平面3之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔2，其中，气流从进气口（5流入后形成回流区，周向交错棱台（1加强气流在回流区的周向扩散速度，燃油从燃油喷射孔2喷出后，在高速气流的冲击下破碎雾化成为油雾液滴；台阶平面3延伸并连接热反射斜平面4，热反射斜平面4连接出气通道7，出气通道7另一端连接出气口（6，其中，台阶平面3位置形成的回流区组织稳定燃烧后出现持续的高温区，热反射斜面4将吸收的辐射热反射至外壁9，减小出气口（6中心位置的热辐射强度，使具有周向交错棱台的台阶式中心锥径向方向的辐射强度均匀，降低出气通道7的高温燃烧区温度，降低发动机的红外辐射。[0007]进一步的，周向交错棱台（1呈凹凸状，由突起方台与凹陷方台交替排布，一体成型。[0008]本发明的有益效果是:在不增加环形稳定器的前提下，增强火焰在周向的传播，提高值班点火可靠性及燃烧的稳定性，利于地面及高空熄火再点火的实现。附图说明[0009]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。[0010]图1是本发明轴向截体的结构示意图；图2是无周向交错棱台台阶式中心锥轴向截体的结构示意图；图3是无交错棱台截锥式中心锥轴向截体的结构示意图；图4是本发明周向截面速度矢量图；图5是无交错棱台台阶式中心锥周向截面速度矢量图；图6是本发明燃油喷射孔后方5〇_截面等值线图；图7是无交错棱台台阶式中心锥燃油喷射孔后方50mm截面等值线图；图8是本发明出口温度等值线图；图9是无热辐射斜面结构中心锥的出口温度等值线图。[0011]其中，1-周向交错棱台，2-燃油喷注孔，3-台阶平面，4-热反射斜平面，5-进气口，6-出气口，7-出气通道，8-进气通道，9-外壁。具体实施方式[0012]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。[0013]本发明实施例提供一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，如图1所示，包括:周向交错棱台1、燃油喷注孔2、台阶平面3、热反射斜平面4、进气口5、出气口6、出气通道7、进气通道8、外壁9。[0014]外壁9是中空的圆柱形，外壁9的一端是进气口5;进气口5连接进气通道8，进气通道8的内侧设置周向交错棱台1;周向交错棱台1延伸至台阶平面3并且和台阶平面3之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔1。[0015]台阶平面3延伸并连接热反射斜平面4,热反射斜平面4连接出气通道7，出气通道7另一端连接出气口6。[0016]气流从进气口5流入，经过周向交错棱台1，受到剪切和掺混，气流因为周向交错棱台1的掺混，湍流度加大，加快了火焰的传播速度，同时也增强了火焰的径向脉动幅度，加大火焰径向传播距离。[0017]气流通过进气通道8流入台阶平面3,在台阶平面3形成回流区，燃油喷注孔2喷出的燃油在回流区被破碎雾化，周向交错棱台1与台阶平面3形成的突扩高度能够控制回流区的回流量，避免在台阶下游出现回流区。[0018]火焰燃烧产生的热辐射通过热反射斜平面4反射，反射至外壁9上，而不是径直经过出气通道7从出气口6流出，因此减小了出气口6处的热辐射强度。[0019]本发明的结构示意图如图1所示，无周向交错棱台台阶式中心锥如图2所示，无交错棱台截锥式中心锥如图3所示。本发明提供的具有周向交错棱台的台阶式中心锥，周向交错棱台1后端面后方50mm位置截面的速度矢量图如图4所示;无周向交错棱台台阶式中心锥，在同样位置截面的速度质量图如图5所示，根据图4、图5可得，具有周向交错棱台的台阶式中心锥在台阶处出现周向流动，相邻回流区之间的质量、动量交换产生周向气动力，为增强油雾掺混及加速火焰传播提供流场基础。[0020]本发明燃油喷射孔后方50圓截面等值线图如图6所示，无交错棱台台阶式中心锥燃油喷射孔后方50mm截面等值线图如图7所示，对比图6、图7中1000K等值线的位置，图6火焰径向传播距离大于图7火焰径向传播距离，因此本发明中周向交错棱台1能够增长火焰的径向传播距离。[0021]本发明出口温度等值线图如图8所示，无热辐射斜面结构中心锥的出口温度等值线图如图9所示。对比图8、图9,图9的出口最高温度出现2800K的区域，图8的出口最高温度达到2700K，说明具有热反射斜平面4会使燃烧出口截面的温度分布更为均匀，且将最高温度的降低100K左右。[0022]综上，本发明的有益效果包括：1加速火焰周向传播由，由于轴向交错棱台的作用，致使相邻回流区的大小出现差异，回流量发生变化，在相邻的回流区间出现质量、动量交换现象，则会造成周向的流动，力口剧周向速度的湍动能，加速火焰的周向传播；2强化燃油的雾化，加强油雾掺混，相邻回流区间的质量、动量交换以及湍动能的加剧，增强周向气动剪切力，有利于回流区内油雾液滴的破碎雾化，提高气流的掺混能力；3相比于相同堵塞比的中心锥，稳定点火源位置不在燃烧室中心，高温点火源更靠外壁面方向，且点火后形成的稳定点火源是一个环形，更利于火焰在外围处的周向传播；4相比于相同堵塞比台阶截面，径向火焰传播高度增加，交错棱台结构致使台阶位置的流动湍流度加大，加速火焰的传播，同时加强径向的脉动幅度，增长使火焰径向的传播距离.5减小燃烧出口热辐射，台阶平面位置形成的回流区组织稳定燃烧后出现持续的高温区，热反射斜面将吸收的辐射热反射至外壁隔热屏所在位置），减小燃烧出口中心位置的热辐射强度，使燃烧室径向方向的辐射强度均匀。[0023]以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

权利要求：1.一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，其特征在于，包括:周向交错棱台（1、燃油喷注孔2、台阶平面3、热反射斜平面4、进气口（5、出气口（6、出气通道7、进气通道⑻、外壁⑼；外壁9是中空的圆柱形，外壁9的一端是进气口（5;进气口（5连接进气通道8，进气通道8的内侧设置周向交错棱台（1;周向交错棱台（1延伸至台阶平面3并且和台阶平面3之间形成台阶截面，所述台阶截面上安装燃油喷射孔2;台阶平面3延伸并连接热反射斜平面4，热反射斜平面4连接出气通道7，出气通道7另一端连接出气口（6。2.根据权利要求1所述的一种具有周向交错棱台的台阶式中心锥，其特征在于，周向交错棱台（1呈凹凸状，由突起方台与凹陷方台交替排布，一体成型。

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