一种预膜式气动多点燃油雾化装置的制作方法

1.本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种预膜式气动多点燃油雾化装置，应用于工作在负压环境下的航空发动机冲压燃烧室。


背景技术：

2.超音速及高超音速飞行器在当今国防中起到了越来越大的作用。对于能够同时工作在亚音速和超音速条件下的飞行器而言，当飞行速度达到2马赫以上时，常规的涡轮基轴流式航空发动机已无法正常工作，此时亚燃冲压燃烧室将启动并接管燃烧过程。为了使得飞行器能够顺利进行飞行模态的转换，亚燃冲压燃烧室在工作包线左边界的点火性能和燃烧效率是一个关键因素。在左边界附近，燃烧室常常工作于负压、低温和高进口速度等极端条件下，对其稳定点火和高效燃烧提出了严峻的挑战。
3.对于使用液体燃料的亚燃冲压发动机燃烧室，一个良好的油雾场是拓宽燃烧室点火边界、提高燃烧效率的必要条件。液体燃料蒸发和燃烧的速率取决于燃油液滴表面积与体积之比，这就要求所使用的燃油雾化装置应能将大量燃油快速雾化成小直径的液滴，迅速蒸发并与来流空气混合，从而保证燃烧室中拥有足够的当量比以支持燃烧。此外，根据目前较为先进的分级供油、分区燃烧组织思路，燃烧室中不同空间位置将承担不同的作用，供油装置下游油雾场也应当对此加以适配。例如、对于主要的点火和燃烧区域，应使得当地当量比尽可能接近化学恰当比；而对于联焰区域则仅需要保证当地当量比能够满足传焰需求即可，这就对雾化装置下游的燃油浓度分布的调控能力提出了要求。
4.当前常用于亚燃冲压发动机燃烧室的燃油雾化装置，主要包含离心式喷嘴和喷油杆二种。其中离心式喷嘴在高供油压差下雾化性能优秀；但其体积大、重量重，在低供油压差下雾化性能急剧下降，且喷嘴形成的油雾场固定为圆锥形，难以针对不同空间位置和不同燃烧室结构加以更改。喷油杆体积较小，且可以通过改变喷油孔的排布对下游燃油分布加以调节；但其雾化性能差，雾化距离长，因此通常只在来流速度较快且空间受限较小的主流部分使用。目前，尚无一种燃油雾化装置能够同时满足雾化性能和燃油空间分布调节的要求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种预膜式气动多点燃油雾化装置，适用于液体燃料和高速进气条件，通过结合压力雾化、气动雾化和蒸发过程，使用预膜片结构强化燃油雾化能力，使用分流板和蒸发分布管等结构调控燃油空间分布，达到减小液滴雾化直径、有针对性地控制蒸发产物空间分布、提升燃烧室点火能力和燃烧效率的目的。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种预膜式气动多点燃油雾化装置，包括喷油杆、进气管、预膜板、分流板和蒸发分布管；
所述蒸发分布管为两端封闭的空心管道；所述进气管水平设置，一端和所述蒸发分布管的管壁垂直密闭联通，另一端接来流空气；所述喷油杆竖直设置，其下端和所述进气管上管壁垂直密闭联通，用于将燃油喷入所述进气管中；所述预膜板为水平设置在所述进气管内的矩形平板，位于喷油杆下方，和所述进气管的内壁固连，用于使得从喷油杆喷入进气管内的燃油在进气管引入的气流作用下摊平成一层薄油膜运动至预膜板边缘后、在液膜不稳定效应和来流空气的气动力作用下振荡并碎裂成细小的液滴；所述分流板为竖直设置在所述蒸发分布管内的矩形平板，和所述进气管正对，用于引导燃油液滴沿分流板两侧进入所述蒸发分布管中；所述蒸发分布管远离进气管的一侧的管壁上沿蒸发分布管的长度方向均匀设有若干出流小孔，用于通过蒸发效应进一步降低燃油液滴直径，促进燃油蒸发和与空气之间的高效掺混，并调控蒸发分布管的长度方向方向上的燃油浓度分布。
7.作为本发明一种预膜式气动多点燃油雾化装置进一步的优化方案，所述蒸发分布管在其中点和所述进气管联通。
8.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1. 当燃油从喷油杆喷溅到预膜板上时，会在预膜板上形成油膜，在来流进气的作用下油膜边缘振荡破碎，能够有效降低燃油液滴直径；2. 燃油液滴在分流板的导向作用下进入蒸发分布管，在其中由于蒸发效应进一步降低燃油液滴直径，提升蒸发率，有助于拓宽燃油进入燃烧室后的点火边界并提升燃烧效率。更改分流板的板长、角度等结构设计，可以有效调控油气混合物在管长方向上的浓度分布，从而为不同结构的燃烧室提供合适的油雾场；3. 蒸发分布管上开设有一系列出流小孔以将燃油导向外界，更改这些小孔的直径、数量和位置，可以有效调控油气混合物在管长方向上的浓度分布，从而为不同结构的燃烧室提供合适的油雾场。
附图说明
9.图1为本发明整体立体结构正等侧示意图；图2为本发明整体立体结构部分剖切正等侧示意图；图3为本发明整体立体结构进气方向正等侧示意图；图4为本发明整体结构俯视图；图5为本发明整体结构纵剖视及雾化原理图。
10.图中，1-喷油杆，2-进气管，3-蒸发分布管，4-出流小孔，5-喷油杆的喷孔，6-预膜板，7-分流板，8-进气截面，9-来流气流，10-油膜，11-从油膜飞溅及扯碎出的小液滴。
具体实施方式
11.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范
围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
12.如图1、图2、图3、图4所示，本发明公开了一种预膜式气动多点燃油雾化装置，包括喷油杆、进气管、预膜板、分流板和蒸发分布管；所述蒸发分布管为两端封闭的空心管道；所述进气管水平设置，一端和所述蒸发分布管的管壁垂直密闭联通，另一端接来流空气；所述喷油杆竖直设置，其下端和所述进气管上管壁垂直密闭联通，用于将燃油喷入所述进气管中；所述预膜板为水平设置在所述进气管内的矩形平板，位于喷油杆下方，和所述进气管的内壁固连，用于使得从喷油杆喷入进气管内的燃油在进气管引入的气流作用下摊平成一层薄油膜运动至预膜板边缘后、在液膜不稳定效应和来流空气的气动力作用下振荡并碎裂成细小的液滴；所述分流板为竖直设置在所述蒸发分布管内的矩形平板，和所述进气管正对，用于引导燃油液滴沿分流板两侧进入所述蒸发分布管中；所述蒸发分布管远离进气管的一侧的管壁上沿蒸发分布管的长度方向均匀设有若干出流小孔，用于通过蒸发效应进一步降低燃油液滴直径，促进燃油蒸发和与空气之间的高效掺混，并调控蒸发分布管的长度方向方向上的燃油浓度分布。
13.如图5所示，预膜板为一位于所述进气管内部的矩形平板，板面正对所述喷油杆的喷孔，进口燃油从喷油杆的喷孔中喷出后，将直接喷溅到所述预膜板上；少量燃油将破碎飞溅形成细小的液滴，大部分燃油将附着在所述预膜板上，并在所述进气管引入的气流作用下摊平成一层薄油膜。所述油膜随着所述来流气流运动至所述预膜板末端，在液膜不稳定效应和来流空气的气动力作用下振荡并碎裂成细小的液滴。
14.蒸发分布管为两端封闭的管状结构，其在中点处的管壁与所述进气管垂直连接，用于通过蒸发效应进一步降低燃油液滴直径，并调控蒸发分布管长度方向上的燃油浓度分布。
15.分流板为一位于所述蒸发分布管中部的矩形平板，正面朝向所述进气管进气方向。所述燃油液滴从所述进气管的方向撞击在所述分流板上，并被所述分流板向两侧引导进所述蒸发分布管内部。
16.在燃烧室工作过程中，进口气流通常温度较高，燃油将在所述蒸发分布管内部进一步蒸发，可以有效促进燃油蒸发和与空气之间的高效掺混。同时，所述蒸发分布管沿管长方向开设有一系列出流小孔，燃油和空气的混合物将在管长方向上不断流出所述出流小孔，从而在燃烧室中形成范围大、雾化效果良好、油气混合均匀的带状油雾场，有助于拓宽燃油进入燃烧室后的点火边界并提升燃烧效率。
17.此外，多项数值仿真和试验结果已证明，通过改变所述分流板的板长、角度等结构，以及改变所述出流小孔的直径、数量和位置，可以有效调控油气混合物在管长方向上的浓度分布，从而为不同的燃烧室提供合适的油雾场结构。
18.本发明预膜式气动多点燃油雾化装置是一种新型的燃烧室供油装置设计方案，它通过结合压力雾化、气动雾化和蒸发过程提升燃油雾化蒸发能力。燃油将在预膜片上形成油膜并由于进口气流作用而被撕碎成细小液滴，随后进入蒸发分布管内部进一步蒸发掺混，最终形成大范围掺混良好的油雾场，从而有效提升燃烧室点火性能和燃烧效率。通过改
变分流板的结构以及蒸发分布管的开孔方式，也可以调控燃油雾化装置下游的燃油浓度分布，使得该燃油雾化装置能够适配不同形式的燃烧室。
19.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
20.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。