加力燃烧室构件

科技工作者之家  |   2020-11-17 18:18

发动机在达到最大状态后继续增加推力,叫做发动机加力。飞机在起飞、爬升及军用飞机机动飞行时,需要更大的推力。发动机加力是短时间内增加推力的最好方法。最为广泛采用的加力方法是在涡轮和尾喷管之间安装加力燃烧室,进行复燃加力。在以往的超声速飞机上,加力燃烧室是发动机不可缺少的基本部件。

简介发动机在达到最大状态后继续增加推力,叫做发动机加力。飞机在起飞、爬升及军用飞机机动飞行时,需要更大的推力。发动机加力是短时间内增加推力的最好方法。最为广泛采用的加力方法是在涡轮和尾喷管之间安装加力燃烧室,进行复燃加力。在以往的超声速飞机上,加力燃烧室是发动机不可缺少的基本部件。

WP6发动机的加力燃烧室由扩压器、预燃室、火焰稳定器、喷嘴和加力输油总管、加力燃烧室壳体等组成1。

加力燃烧室的作用加力燃烧室的功用是在保持发动机最大转速和涡轮前燃气温度不变的情况下,将燃油喷入涡轮后的燃气流中,利用燃气中剩余的氧气再次燃烧(在双涵道发动机中,还可从外涵道引入新鲜空气),以进一步提高燃气温度,增大喷气速度,达到增加推力的目的。当使用加力时,为了保持涡轮前各部件的最大工作状态不变,就必须同时加大尾喷口的排气面积,以适应燃气比体积的增加。因此,凡是带有加力燃烧室的发动机都必须有面积可调节的尾喷口(管)配合工作2。

基本构件加力燃烧室由扩压器、火焰稳定器、输油圈及燃油喷嘴、点火装置、加力燃烧室壳体等部分组成。在双涵道发动机中还包括混合器。

扩压器扩压器的功用是降低进入加力燃烧室的气流速度,为稳定燃烧创造条件。涡轮出口气流速度高达350~450m/s,扩压器出口的气流速度在120~180m/s之间。设计扩压器时,应使气流的流动损失尽可能小。与设计主燃烧室的扩压器一样,最好按照等压力梯度来设计通道。因为加工困难,通常以几段直线近似地代替等压力梯度型面的曲母线。

根据扩压器的构造参数:扩压比n(扩压器出口截面积与进口截面积之比)和当量扩张角θ的大小,扩压器可作成不同的形式。

当扩压比n≤2,量扩张角θ=12°~18°时,扩压器的外壳可作成圆柱形;

当扩压比n>2,量扩张角θ=20°~25°时,扩压器的外壳应作成圆锥形或曲母线圆锥形;

当θ>25°时,最好采用等压梯度变化的扩压器。为了便于加工,可以采用母线为几段直线的接近于等压梯度型面的扩压器3。

混合器在混合加力涡扇发动机中机外涵道空气平稳引入内涵道,加力燃烧室还有一个组件叫混合器。它的功用是将涡扇发动,保证两股气流混合后压力、温度和速度比较均匀。对混合器的要求是气流混合损失要小、气流稳定、出口流场均匀并有一定的速度,同时长度短、重量轻、结构简单。

主要有三种类型的混合器:漏斗混合器、环形混合器(又称平行进气混合器)和菊花槽混合器。

火焰稳定器火焰稳定器的功用是使气流产生紊流,形成回流区,加速混气的形成和加强燃烧过程,稳定火焰和提高完全燃烧度。

在加力燃烧室中。通常采用非流线型物体作火焰稳定器,最常见的是V形槽。它具有结构简单、重量轻、损失小、发展较成熟、性能较好的优点。V形槽稳定器又分为环形的和径向的两种。

供油点火装置供油点火装置由供油系统、输油圈、加力燃油喷嘴组成。

(1)供油系统

加力燃烧室的燃油管道及喷射装置应与火焰稳定器相适应,通常有如下三种安排方式:

燃油经穿过加力燃烧室壳体的燃油总管,进入处在燃气流中并与环形稳定器同心安装的环形输油管,从环形输油管上周向均布的喷嘴逆燃气流方向喷出;

燃油总管穿过扩压器外壳,经整流支板内腔引入内锥体内,并与位于锥体内的输油圈相联接。燃油经输油圈上的喷嘴向燃气流中喷出;

环形的燃油管配置在加力燃烧室壳体外壁,并与沿周向均布的燃油分管相联接。这些燃油分管分别穿过加力燃烧室壳体。燃油经燃油分管上的喷嘴或喷油杆向加力燃烧室喷出。

(2)输油圈

J57-F13发动机加力燃烧室的供油系统由装在壳体外的环形燃油总管、24根燃油分管和24根喷油杆组成。燃油总管和分管借支架弹性地固定在扩压器外壳上,在受热时能自由变形。24根喷油杆沿画周均匀分布,径向插入扩压器扩散通道内。喷油杆外端用螺栓固定在扩压器外壳上的安装座内。

(3)加力燃油喷嘴

加力燃烧室通常用离心式喷嘴和射流喷嘴来喷油。

工作喷嘴和起动喷嘴常采用单油路离心式喷嘴。喷嘴的数目和配置根据加力燃烧室的供油量和稳定器的形式、位置而确定。通常采用双排或多排喷嘴供油。喷嘴沿画周均匀排列,应有足够的数量。喷油方向常取逆气流或与气流倾斜一个角度。在调节范围较大,长时间连续工作的加力燃烧室上,常采用两组工作喷嘴。在最大加力状态,两组喷嘴都工作;在小加力状态,其中一组喷嘴不供油。

J57-F13发动机加力燃烧室采用喷油杆射流式喷嘴供油。杆的内孔是等直径的,内端有一螺塞,以备分解时拧开螺塞,清洗内孔。喷油杆壁较厚,并向固定端逐渐加粗,呈锥形。刚性较好。喷油杆两侧交错地钻有8个0.75mm孔径的射流喷油孔,喷油方向与气流垂直2。

加力燃烧室壳体加力燃烧室的燃烧段实际上是一个筒体。它可以是收敛的圆锥形,也可以是圆柱形的。加力然烧室壳体前端与扩压器外壳相联接。后端与尾喷管相联接,其长度应保证燃烧过程进行完毕。

加力燃烧室壳体是由几段薄壁筒体滚焊而成,因此要特别注意它的刚性。可在壳体两端焊上圆环或安装边,在壳体上加几道箍圈以增加刚性。为改善焊逢的受力状况,板料搭接焊缝常倾斜布置3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所