[0001] 本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种环形阵列开式旋流火焰稳定器及方法。

[0002] 加力燃烧室是飞机发动机上特有的推力增强装置。在短距起飞、机动飞行和空中执行任务过程中，能够起到至关重要的作用。其工作原理是，离开低压涡轮的高温燃气在扩
压器中减速增压后，与喷注入加力燃烧室的额外燃油掺混、燃烧，消耗高温燃气中剩余的氧
气，进一步提高加力燃烧室出口排气温度与压力，达到提高推力的目的。

[0003] 由于加力燃烧室进口的气动参数与主燃烧室完全不同，因此在火焰稳定方面也存在较大差异。加力燃烧室火焰稳定的目的是形成稳定的火焰和均匀的释热，从而在整个飞
行包线上产生一个连续的点火源。火焰稳定器能够为油气混合物提供足够的停留时间，确
保连续和均匀的燃烧。

[0004] 现有技术公开了火焰稳定器，稳定器由环形主稳定器和径向火焰稳定器组成。主稳定器为单排环形，置于内涵高温燃气流中，用于建立稳定高温热源；主稳定器的内外都是
径向稳定器，利用内涵高温热源加热径向整流板，促进外涵稳定器上的油膜蒸发和混合，并
用内涵高温燃气引燃，提高外涵冷混气燃烧的稳定性。但径向整流板火焰稳定器后回流区
尺寸较小、油气混合均匀性差，会进一步导致加力燃烧室燃烧效率较低。

[0005] 随着发动机发展，压气机压比、涡轮前温度和主燃烧室油气比进一步提高，这意味着加力燃烧室进口温度的提升和燃气氧浓度的降低。在加力燃烧室中喷注的燃油会很快自
燃，导致燃烧室内油气混合不均匀，影响火焰稳定特性和燃烧效率。为此，为了改善油气混
合、提高燃烧效率，本发明提出一种多点阵列开式旋流火焰稳定器。

[0036] 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0037] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，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。

[0038] 火焰稳定器后回流区尺寸较小、油气混合均匀性差，会进一步导致加力燃烧室燃烧效率较低等问题，本发明提供一种环形阵列开式旋流火焰稳定器，包括呈圆环阵列排布
于扩压通道内的若干开式旋流器，各开式旋流器的径向两侧延伸方向均连接有径向V型火
焰稳定器，其周向两侧延伸方向均连接有周向V型火焰稳定器，即开式旋流器的入口端中心
位于各径向V型火焰稳定器和周向V型火焰稳定器的相交处，能够在扩压通道下游形成圆环
阵列排布的回流区，以增加可燃混合气体的主流时间。

[0039] 具体的，所述径向V型火焰稳定器和周向V型火焰稳定器构成环形栅格，能够将圆环阵列开式旋流器固定于扩压通道内。所述径向V型火焰稳定器的两端分别与扩压器内型
面、扩压器外型面固定连接，其数量与开式旋流器的数量一致，并一一对应。

[0040] 具体的，所述径向V型火焰稳定器由两段V型槽构成，第一段V型槽的内端与扩压器内型面固定连接，外端与周向V型火焰稳定器的一侧壁面固定连接；第二段V型槽的内端与
周向V型火焰稳定器的另一侧壁面固定连接，外端与扩压器外型面固定连接；通过调整两端
V型槽的径向尺寸，调整周向V型火焰稳定器在扩压通道内的径向位置及内径；所述V型槽的
槽底朝向扩压通道的入口，槽口朝向扩压通道的出口；其扩张角为30°，槽深为24.6mm；相邻
径向V型火焰稳定器的夹角为30°。

[0041] 具体的，所述周向V型火焰稳定器为圆环式V型槽，若干径向V型火焰稳定器均布于其周向；其V型槽槽底朝向扩压通道的入口，槽口朝向扩压通道的出口；其扩张角为30°，槽
深为24.6mm。

[0042] 具体的，所述开式旋流器包括同轴设置的进气锥、轮毂及位于轮毂外周面的旋流叶片，开式旋流器通过进气锥的头部安装于周向V型火焰稳定器上，轮毂外端朝向扩压通道
的出口。所述进气锥的轴向长度占整个开式旋流器轴向长度的1/2，所述旋流叶片的角度为
40°。

[0043] 本发明一种环形阵列开式旋流火焰稳定器提高火焰稳定和充分燃烧的方法，具体步骤如下：

[0044] 步骤1：根据仿真实验确定加力燃烧室扩压通道内的温度分布；

[0045] 步骤2：根据所述扩压通道内的温度分布确定火焰稳定器的位置，及确定径向V型火焰稳定器和周向V型火焰稳定器的位置分布；

[0046] 步骤3：再次进行仿真实验，得到增加火焰稳定器后的扩压通道内的温度分布；

[0047] 步骤4：根据数值仿真结果得到扩压通道下游的回流区位置和面积；

[0048] 步骤5：在所确定的回流区位置的上游位置增加开式旋流器，并结合径向V型火焰稳定器和周向V型火焰稳定器的位置，确定开式旋流器的位置和数量；

[0049] 步骤6：再次进行数值仿真，对径向V型火焰稳定器和周向V型火焰稳定器的形状进行优化，得到扩张角为30°的V型槽结构，即能够提高火焰稳定和燃烧效率。

[0050] 以下结合附图对上述技术方案做进一步说明：

[0051] 参照图1所示，本实施例一种航空发动机加力燃烧室多点阵列开式旋流火焰稳定器，包括径向V型火焰稳定器3、周向V型火焰稳定器4、开式旋流器5。

[0052] 参照图2所示，所述径向V型火焰稳定器3位于加力燃烧室扩压器流道中，内侧与扩压器内型面1连接，外侧与扩压器外型面2连接。径向V型火焰稳定器全长220mm，在径向V型
火焰稳定器中心处布置有1个开式旋流器5。径向V型火焰稳定器扩张角为30°，在轴向上的
宽度为24.6mm。沿加力燃烧室周向均匀分布12支径向V型火焰稳定器，相邻火焰稳定器之间
夹角为30°。

[0053] 参照图2所示，所述周向V型火焰稳定器4位于加力燃烧室扩压器流道中，与开式旋流器5具有相同的径向安装位置。周向V型火焰稳定器的截面结构与径向V型火焰稳定器相
同。

[0054] 参照图3和图4所示，所述开式旋流器5由进气锥5‑1、旋流叶片5‑2和轮毂5‑3组成，位于加力燃烧室扩压器流道中，通过V型火焰稳定器与扩压器壁面或相邻旋流器相连。进气
锥5‑1全长为30mm，轮毂5‑3直径为30mm，旋流器5‑2叶片角度为40°，叶片个数为12个，叶片
长度为21mm。在扩压器流道内共布置有12个开式旋流器。

[0055] 参照图5和图6所示，高温燃气通过阵列排布的开式旋流器5后，在旋流作用下，会在下游形成稳定的、按照阵列式排布的回流区。由于缺少旋流器壁面的限制，流动损失减
小，旋流器下游回流区宽度增大，有助于增强火焰稳定性。未从旋流器通过的高温燃气，则
通过径向V型火焰稳定器3和周向V型火焰稳定器4，在下游形成均匀的回流区，将由旋流器
产生的回流区“串联”在一起，在阵列式旋流火焰稳定器下游形成大范围的、均匀的回流区
与低速区，能够有效增加可燃混气的驻留时间，提高加力燃烧室燃烧效率。

[0056] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。