阅读说明：本技术 一种头部结构可拆换的可视化全环模型燃烧室 (Visual full-ring model combustion chamber with replaceable head structure ) 是由 金武 汤朝伟 李建中 胡阁 袁丽 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：一种头部结构可拆换的可视化全环模型燃烧室。涉及航空发动机燃烧室结构领域。提出了一种研发周期短、耗费少的头部结构可拆换的可视化全环模型燃烧室。包括进气机匣、进油组件、环形头部、火焰筒和点火组件；所述进气机匣的底部开设有进气口、且顶部与环形头部可拆卸的相连接；所述火焰筒包括内火焰筒以及由透明材料制成的外火焰筒；所述安装孔中可拆卸的有旋流器；所述旋流器中设有喷嘴；所述进油组件设于进气机匣中、且用于向若干所述喷嘴供油；所述点火组件固定连接在火焰筒上、且点火组件包括穿设所述外火焰筒的点火电嘴。通过环形头部的巧妙设计,更换不同数量的旋流器,只需拆换安装对应的环形头部,另一方面,可以方便进行全视场的观测。(A visual full-ring model combustion chamber with a replaceable head structure. Relates to the field of aero-engine combustion chamber structures. The visualized full-ring model combustion chamber with the replaceable head structure is short in development period and low in cost. The gas turbine comprises a gas inlet casing, a gas inlet assembly, an annular head, a flame tube and an ignition assembly; the bottom of the air inlet casing is provided with an air inlet, and the top of the air inlet casing is detachably connected with the annular head; the flame tube comprises an inner flame tube and an outer flame tube made of transparent materials; a swirler is detachably arranged in the mounting hole; a nozzle is arranged in the swirler; the oil inlet assembly is arranged in the air inlet casing and is used for supplying oil to the nozzles; ignition subassembly fixed connection is on the flame tube, and ignition subassembly is including wearing to establish the ignition torch of outer flame tube. Through the ingenious design of annular head, change the swirler of different quantity, only need tear open and trade the annular head that the installation corresponds, on the other hand can conveniently carry out the observation of full visual field.)

一种头部结构可拆换的可视化全环模型燃烧室

技术领域

本发明涉及航空发动机燃烧室结构领域，尤其涉及一种头部结构可拆换的可视化全环燃烧室。

背景技术

在国际上，NASA将燃烧室技术的研发分为了多个阶段，其中包括燃烧室设计概念的提出，单头部燃烧室的研发，多头部燃烧室的设计，全环及整机测试环节等9级，从低级到高级所需要的试验条件、周期、经费会有跳跃性的增加。而单头部试验件由于具有周期短，试验成本低等特点，光学测量便利，试验参数也较容易确定，常常被作为前期试验研究和替代研究的对象，但是在实际试验中，其缺失了多个头部火焰干涉状态下的火焰传播特征，多头部扇形燃烧室可以在一定程度上反应燃烧室的曲率特征，但是受限于两侧壁面效应，往往不能够对实际燃烧室中两头部之间的流场相互作用和火焰结构进行反映，无法准确反映环形燃烧室的整个流场特征和周向火焰的连焰过程，燃烧性能存在一定差异，但由于大型发动机环形燃烧室的研制需要大型实验设备，直接对全尺度工业级燃烧室进行实验研究还面临着测量困难等问题，发展实验室尺度的燃烧室模型，在尽可能保留真实燃烧系统流场特性的同时方便光学诊断，成为了研究环形燃烧室的有效途径。

针对上述问题，本领域技术人员开展了大量研究，如专利“一种孔型旋流器及孔型旋流器型构成的全环燃烧室”，专利号CN 109084330A，采用了孔型喷嘴模其具有两级旋流角度不同的旋流孔，有助于燃油破碎与混合，打孔式喷嘴模结构小，可以排布更多喷射点，可以使下游分布更加均匀。专利“一种用于超微涡喷发动机全环燃烧室的多微旋流器头部”，专利号CN106196174B，其多微旋流器头部与内机匣和火焰筒相连，沿气体流向置于火焰筒头部。微旋流器沿周向均匀分布，个数可随燃烧室火焰筒尺寸进行调整。专利“具有可视化视窗的柴油机燃烧室”，专利号 CN107023378B，其结构是：石英缸套与金属缸套衔，加长活塞置于石英缸套和金属缸套内，解决了传统简化燃烧室对流场造成的失真及难以获取燃烧室内竖直方向流场的问题。尽管这些专利取得了大量成果，但是仍有些许问题，如可更换结构，但不能观察到燃烧室内的流动情况，又或者能获取燃烧室流场，但不能对燃烧室调节尺寸。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种研发周期短、耗费少，在实现燃烧室尺寸可调、易更换的同时，可方便的获取到燃烧室内的流场结构以及火焰燃烧情况，便于燃烧室的特性研究的头部结构可拆换的可视化全环模型燃烧室。

本发明的技术方案为：包括进气机匣、进油组件、环形头部、火焰筒和点火组件；所述进气机匣的底部开设有进气口、且顶部与环形头部可拆卸的相连接；

所述火焰筒包括内火焰筒以及由透明材料制成的外火焰筒，所述内火焰筒以及外火焰筒均可拆卸的连接在环形头部的顶面上，所述内火焰筒处于外火焰筒之内、且二者之间留有间距；

所述环形头部上开设有若干处于内火焰筒和外火焰筒之间的安装孔，所述安装孔中可拆卸的有旋流器；

所述旋流器中设有喷嘴；所述进油组件设于进气机匣中、且用于向若干所述喷嘴供油；

所述点火组件固定连接在火焰筒上、且点火组件包括穿设所述外火焰筒的点火电嘴。

所述透明材料为石英玻璃。

所述环形头部的顶面上开设有两个环形的安装槽，两个所述安装槽同轴心，其中一个安装槽处在另一安装槽的内侧，所述内火焰筒和外火焰筒的底端分别插接在两个安装槽中。

所述进气机匣中设有进气整流罩和头部整流罩，所述进气整流罩设于进气机匣的下部、且进气整流罩的外壁与进气机匣的内壁固定相连，所述进气整流罩中均匀的开设有若干整流小孔；

所述头部整流罩可拆卸的连接在环形头部的底面上，所述头部整流罩呈与进气机匣同轴心的筒状、且头部整流罩的底端呈半球面状，若干所述安装孔处于头部整流罩和进气机匣的内壁之间。

所述进气机匣包括依次固定相连的前进气机匣、中进气机匣和后进气机匣，所述环形头部与后进气机匣可拆卸的相连接，所述前进气机匣的底部呈锥形、且其底部的中心处固定连接有主进气管，所述主进气管的侧壁上固定连接有支进气管，所述支进气管远离主进气管的一侧管口即为进气口。

所述主进气管的底端固定连接有集油器，所述集油器的底部设有与其可拆卸相连接的堵头。

所述进气机匣的下部还设有支撑支架，所述支撑支架可拆卸的连接在进气机匣的外壁上。

所述进油组件包括进油管、油腔和若干出油管，所述进油管的一端伸出至进气机匣之外，所述进油管另一端处于进气机匣之内、且与油腔固定相连，所述油腔与进油管相连通、且油腔上固定连接有若干支油管，所述喷嘴、出油管以及支油管三者一一对应，所述出油管的底端与支油管远离油腔的一端相连接、且出油管的顶端与所述喷嘴可拆卸的相连接。

所述点火组件包括点火座、点火套筒和点火电嘴，所述外火焰筒的侧壁上开设有用于容置点火电嘴的点火孔；

所述点火座可拆卸的连接在环形头部的顶面上、且处于外火焰筒的外侧，所述点火套筒固定连接在点火座上，所述点火电嘴固定连接在点火套筒内、且其一端穿设所述点火孔。

本发明提出了一种头部结构可拆换的可视化全环模型燃烧室设计及方法，其特点将全环燃烧室模型试验件分为进气机匣、支撑端、进气整流罩、旋流器、环形头部、内外火焰筒、头部整流罩。通过环形头部的巧妙设计，将各结构相互搭接，在各个结构气密性得到保证的同时，更换不同数量的旋流器，只需拆换安装对应的环形头部，另一方面，该模型为可视化全环模型燃烧室，火焰筒外壁材质是石英玻璃，可以方便进行全视场的观测，利用各种光学手段进行火焰结构拍摄，能够大大缩短加工周期和节约经济成本，具有重大的实际意义。同时，避免了燃烧室油路打开时，燃油四处扩散，难以收集，一定情况下会污染到燃烧室等问题。

本发明的有益效果为：

一、头部结构中环形头部设计为可拆换式，其他结构保持不变，在需要不同数量的旋流器时，安装对应的环形头部。避免了多套燃烧室模型试验件的一体加工，能够大大缩短加工周期和节约经济成本。

二、外火焰筒材质是石英玻璃，方便进行全视场的观测，使得操作人员可以利用先进光学诊断设备，开展全环燃烧室流场特性以及点火时火核形成、发展、稳定以及多头部间火焰传播的动态特性研究。

三、进气机匣前端底部焊接有集油器，用于收集试验中的燃油，当供油打开时以及点火失败时，喷嘴出来的燃油向下低落，落入集油器中，集油器上安装有堵头，当燃油收集到一定的程度时，打开堵头，便可将燃油向外排出。

附图说明

图1是本案的结构示意图，

图2是图1的立体图，

图3是本案的轴向剖视图，

图4是图3的立体图；

图5是支撑支架的结构示意图，

图6是前进气机匣的结构示意图，

图7是中进气机匣的结构示意图，

图8是后进气机匣的结构示意图，

图9是环形头部的结构示意图，

图10是火焰筒的结构示意图，

图11是头部整流罩的结构示意图；

图中1是支撑支架，2是法兰一，7是法兰二，12是法兰三，13是法兰四，18是法兰五，19是法兰六，30是法兰七，34法兰八；

3是进气口一，4是进气口二，5是前进气机匣，6是进气整流罩，8是集油器，9是堵头，10是油腔，11是油管，14是两通接头，15是出油管，16是中进气机匣，17是后进气机匣，20是安装槽，21是旋流器，22是喷嘴，23是点火电嘴，24是点火槽，25是点火套筒，26是点火座，27是环形头部，28是安装孔，29是外火焰筒，31是内火焰筒，32是点火孔，33是头部整流罩。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明如图1-11所示，包括进气机匣、进油组件、环形头部、火焰筒和点火组件；所述进气机匣的底部开设有进气口、且顶部与环形头部27可拆卸的相连接；

所述火焰筒包括内火焰筒31以及由透明材料制成的外火焰筒29，所述内火焰筒31以及外火焰筒29均可拆卸的连接在环形头部27的顶面上，所述内火焰筒31处于外火焰筒29之内、且二者之间留有间距；

所述环形头部27上开设有若干处于内火焰筒31和外火焰筒29之间的安装孔28，所述安装孔28中可拆卸的有旋流器21；从而在借助安装孔28安装固定旋流器21的同时，在一定程度可以调整旋流器21的轴向安装位置；

所述旋流器21中设有喷嘴22；所述进油组件设于进气机匣中、且用于向若干所述喷嘴22供油；

所述点火组件固定连接在火焰筒上、且点火组件包括穿设所述外火焰筒29的点火电嘴23。这样，一方面，通过环形头部27的巧妙设计，在需要更换不同数量的旋流器时，可根据研究所需将环形头部27方便的拆下进行替换，极大的提升了使用便利性以及实际使用效果；另一方面，采用透明材质制成的外火焰筒29将使得操作人员可方便进行全视场的观测，便于操作人员利用各种光学手段进行火焰结构拍摄。

所述透明材料为石英玻璃。从而可以利用先进光学诊断设备，开展全环燃烧室流场特性以及点火时火核形成、发展、稳定以及多头部间火焰传播的动态特性研究。

所述环形头部27的顶面上开设有两个环形的安装槽20，两个所述安装槽20同轴心，其中一个安装槽处在另一安装槽的内侧，所述内火焰筒31和外火焰筒29的底端分别插接在两个安装槽20中。从而实现内火焰筒31以及外火焰筒29在环形头部顶面上的定位。

所述内火焰筒31的内壁上固定连接有法兰七30，所述法兰七30与环形头部27可拆卸的相连接。

所述进气机匣中设有进气整流罩6和头部整流罩33，所述进气整流罩6设于进气机匣的下部、且进气整流罩6的外壁与进气机匣的内壁固定相连，所述进气整流罩6中均匀的开设有若干整流小孔；

所述头部整流罩33通过法兰八34可拆卸的连接在环形头部的底面上，所述头部整流罩33呈与进气机匣同轴心的筒状、且头部整流罩33的底端呈半球面状，若干所述安装孔28处于头部整流罩33和进气机匣的内壁之间。使得进气孔送入的空气在经过进气整流罩6时进行第一次整流，并在进入安装孔中的旋流器之前，在头部整流罩33的作用下进行第二次整流；从而最终确保进气的均匀效果，使得燃烧更加稳定可靠。

所述进气机匣包括依次固定相连的前进气机匣5、中进气机匣16和后进气机匣17，通过将进气机匣分为三个部分的方式，使得进气机匣整体上拥有足够的长度，以保证进气的均匀；所述环形头部27与后进气机匣17可拆卸的相连接，所述前进气机匣5的底部呈锥形、且其底部的中心处固定连接有主进气管，所述主进气管的侧壁上固定连接有支进气管，所述支进气管远离主进气管的一侧管口即为进气口。所述支进气管具有一对，一对所述支进气管远离主进气管的一侧管口分别为进气口一3和进气口二4；

所述前进气机匣5的顶部设有法兰二7，所述中进气机匣16的底部设有法兰三12、且中进气机匣16的顶部设有法兰四13，所述后进气机匣17的底部设有法兰五18、且后进气机匣17的顶部设有法兰六19；所述法兰二7与法兰三12相连接，所述法兰四13与法兰五18相连接，所述法兰六19与环形头部27相连接。

所述主进气管的底端固定连接有用于收集试验中的燃油的集油器8，所述集油器8的底部设有与其可拆卸相连接的堵头9。这样，当供油打开时以及点火失败时，喷嘴22出来的燃油向下低落，可直接落入集油器8中进行收集，而在集油器8上则安装有堵头9，当燃油收集到一定的程度时，操作人员可打开堵头9，便可将燃油向外排出。

所述进气机匣的下部还设有支撑支架1，所述支撑支架1通过法兰一2可拆卸的连接在进气机匣的外壁上，所述法兰一2与法兰二7可拆卸的相连接。从而通过支撑支架1对整个环形燃烧室进行支撑和固定。

所述进油组件包括进油管11、油腔10和若干出油管15，所述进油管11的一端伸出至进气机匣之外，所述进油管11另一端处于进气机匣之内、且与油腔10固定相连，所述油腔10与进油管11相连通、且油腔10上固定连接有若干支油管，所述喷嘴22、出油管15以及支油管三者一一对应，所述出油管15的底端通过两通接头14与支油管远离油腔的一端相连接、且出油管15的顶端与所述喷嘴22可拆卸的相连接。这样，自进油管11输入的油，将在经过油腔10、若干支油管、若干出油管15之后，对若干喷嘴22进行供油。

所述点火组件包括点火座26、点火套筒25和点火电嘴23，所述外火焰筒29的侧壁上开设有用于容置点火电嘴23的点火孔32；

所述点火座26可拆卸的连接在环形头部27的顶面上的点火槽24中、且处于外火焰筒29的外侧，所述点火套筒25固定连接在点火座26上，所述点火电嘴23固定连接在点火套筒25内、且其一端穿设所述点火孔32。这样，点火电嘴通电后将与内火焰筒31和外火焰筒29之间的燃料相接触，通电点火。此外，由于点火座26的存在，也可以起到对外火焰筒29的径向位置进行固定的作用。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。