技术领域
[0001] 本发明涉及航空发动机技术领域，更具体的说是涉及一种具有预蒸发旋流供油装置的驻涡级间燃烧室。
相关背景技术
[0002] 驻涡燃烧室(Trapped Vortex Combustor,TVC)是一种高效的燃烧室设计，它利用涡流来稳定火焰并提高燃烧效率。自20世纪90年代由美国空军研究实验室和美国通用公司提出以来，TVC已经在航空发动机领域得到了广泛的研究和应用。驻涡燃烧室从最初的单外腔轴对称结构发展到单管轴对称结构，再到目前的单腔或双腔环形结构，而这些结构的变化旨在提高燃烧效率、降低排放并增强燃烧稳定性。研究表明，与常规涡流稳定燃烧室相比，TVC的起动点火、贫油熄火和高空重新点火性能均提高了50％，工作范围扩宽了40％，燃烧效率保持在99％以上。由于驻涡燃烧室的出色性能，研究人员提出将驻涡燃烧技术应用到级间燃烧室(Inter‑stage Turbine Burner,ITB)，从而增加整体循环功，提高发动机工作性能。
[0003] 为深入了解驻涡级间燃烧室的流动特性和燃烧性能，学者们进行了大量数值模拟和试验研究，包括燃烧室内温度场分布、点熄火边界、火焰形态、燃烧效率、出口温度分布等燃烧特性。通过研究发现，在驻涡凹腔内，燃油蒸发后与次流气体混合的分布均匀度对燃烧特性的影响十分明显，油气分布不均匀将直接导致局部富油、高温区集中、周向联焰效果差，从而造成点火困难、燃烧效率下降、出口温度分布差等问题。
[0004] 因此，研究出一种在气流停留时间极短条件下，可以实现凹腔内油气快速混合且油气分布均匀的具有预蒸发旋流供油装置的驻涡级间燃烧室是本领域技术人员亟需解决的问题。
具体实施方式
[0053] 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做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。
[0054] 本发明实施例公开了一种具有预蒸发旋流供油装置的驻涡级间燃烧室，包括：
[0055] 外壳体1，
[0056] 驻涡火焰筒2，驻涡火焰筒2设置于外壳体1的内部，且驻涡火焰筒2的末端与外壳体1相连接；驻涡火焰筒2的中部向外部凸出，且在驻涡火焰筒2中部的内侧形成凹腔21，凹腔21靠近驻涡火焰筒2后段的侧壁处设置有凹腔进口22，凹腔进口22沿凹腔21侧壁呈环形分布；
[0057] 油气旋流器3，油气旋流器3包括：旋流叶片31和油气管32；油气管32位于凹腔进口22处，且沿驻涡火焰筒2的外圈成环形分布；旋流叶片31的内部呈中空状，且表面开设有油气出口33；多个旋流叶片31沿凹腔进口22均匀分布，且旋流叶片31与油气管32相连通；
[0058] 气管4，气管4设置于外壳体1的外部，且沿外壳体1的圆周方向分布；
[0059] 油管5，油管5设置于外壳体1的外部，且沿外壳体1的圆周方向分布；
[0060] 油气混合管6，油气混合管6的进口端分别与气管4、油管5相连通，出口端深入到外壳体1内部，且与油气管32相连通；
[0061] 内壳体7，内壳体7设置于驻涡火焰筒2的内部，且外壳体1、驻涡火焰筒2、内壳体7同轴设置；驻涡火焰筒2与外壳体1之间形成次流通道9，驻涡火焰筒2与内壳体7之间形成主流通道8。气管4、油管5、油气混合管6组成供油装置，通过气管4、油管5、油气混合管6位置的分布情况，可以降低供油装置结构的复杂性，同时可以保证凹腔21内燃油的均匀分布。
[0062] 为了进一步地优化上述技术方案，驻涡火焰筒2包括：前筒体23和后筒体24；后筒体24的末端与外壳体1连接；前筒体23的后端向外部凸出，该凸出部位与后筒体24的前端形成凹腔21，前筒体23的末端与后筒体24的前端之间留有供油气进入凹腔21的凹腔进口22，旋流叶片31置于凹腔进口22内，且与前筒体23、后筒体24相连接；油气经旋流叶片31后从凹腔进口22处进入到凹腔21内。如图1所示，前筒体23沿轴线方向的横截面呈Z型，后筒体沿轴线方向的横截面呈L型。
[0063] 为了进一步地优化上述技术方案，旋流叶片31呈倾斜状分布，且与前筒体23的轴线之间具有夹角。如图8所示α表示旋流叶片31与前筒体23的轴线之间具有夹角。旋流叶片31内部与油气管32内部相连通，油气管32内的油气混合物进入旋流叶片31内，并从油气出口33出来，在次流的带动下进入到凹腔21内。
[0064] 为了进一步地优化上述技术方案，气管4包括：进气管41和分气管42；分气管42呈环形设置于外壳体1的外部，且与油气混合管6相连通；进气管41沿分气管42设置有多个。
[0065] 为了进一步地优化上述技术方案，油管5包括：分油管51和进油管52；分油管51呈环形设置于外壳体1的外部，且与油气混合管6相连通；进油管52沿分油管51设置有多个。
[0066] 为了进一步地优化上述技术方案，分油管51连接有多个直射式喷管53；直射式喷管53的进油端与分油管51相连通，出油端伸入到油气混合管6内部。
[0067] 为了进一步地优化上述技术方案，进油管52和进气管41在外壳体1外部的圆周位置相同；油气混合管6与直射式喷管53在外壳体1外部的圆周位置相同。进油管52和进气管41的数量相同，设置位置相对应，油气混合管6与直射式喷管53的数量相同，设置位置相对应。
[0068] 为了进一步地优化上述技术方案，油气混合管6分布于分气管42上相邻两个进气管41的中间位置。
[0069] 为了进一步地优化上述技术方案，直射式喷管53分布于分油管51上相邻两个进油管52的中间位置。
[0070] 为了进一步地优化上述技术方案，分气管42的圆周方向均匀分布有6‑12个油气混合管6。相邻油气混合管6之间的夹角为30°‑60°之间。
[0071] 工作原理：
[0072] 气流在前筒体23的作用下，分为主流与次流两股气流，次流进入外壳体1与前筒体23之间的次流通道9，主流进入内壳体7与前筒体23之间的主流通道8，由于前筒体23与后筒体24之间的凹腔进口22安装有旋流叶片31，因此次流在进入凹腔21时，会带有切向旋流，在凹腔21内不仅形成小范围的切向旋涡10，而且形成了环燃烧室的大旋涡11。此外，供油装置的进气管41从发动机前端引入高温高压气体，并通过分气管42将气体分配给环燃烧室等角度安装的油气混合管6，同时供油装置的进油管52接通发动机油路，并通过分油管51将燃油分配给环燃烧室等角度安装的直射式喷管53，液态燃油从直射式喷管53的喷孔喷出形成锥形液膜，在引入的高温气体作用下，液态燃油在油气混合管6中形成气态燃油，并输送给油气管32，最终气态燃油从旋流叶片31的两侧油气出口33流出，在强旋流的作用下，能够在凹腔21内形成均匀的油气混合物，有利于驻涡级间燃烧室在低油气比下实现可靠点火与稳定燃烧，拓宽了驻涡级间燃烧室的稳定工作范围。
[0073] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0074] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
