听过办公室、教研室、工作室怎么还有个燃烧室?燃烧室是个什么东西?所谓燃烧室就是燃料(航空煤油)燃烧的地方,其功用就是组织有效的燃烧,充分的大量的让燃料的化学能转化为热能。首先我们先来看看燃烧室都有哪些结构。

一、分管燃烧室

最大的特点就是它是由若干个相对独立的单管燃烧室组成,即每一个单管燃烧室都能实现燃烧室的功能。结构上由火焰筒和外壳体组成,它们之间由传焰管(目的就是让一个单管燃烧室点着了后,通过传焰管让所有的单管燃烧室都点着,并且均衡压力)联通。这种燃烧室结构比较老旧,WP5系列发动机采用该结构。WP5是一款60年代批产的发动机,80年代就停产了。并且这种结构也只适合离心式压气机,所以在航机中分管燃烧结构几乎已经淘汰。当然它也有优点,更换方便,哪个坏了就换哪个,不需要分解整机。

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环管燃烧室(图片来自公众号:航空之家)

环管燃烧室的优点是环形截面积利用率高,并能与轴流压气机和涡轮通过平缓的衔接减小流体损失。环形燃烧室外廓尺寸小,火焰筒的刚性较好。但是其结构相对复杂,并且重量较大。并且存在燃烧室出口温度场周向分布不均匀等问题。我国的WS9(秦岭)发动机、WP13等都采用的是环管燃烧室。

三、环形燃烧室

形燃烧室是目前主流的燃烧室结构,我们的“太行”以及将来的“峨嵋”发动机都是采用这种结构。因为其需要的冷却空气少,轴向尺寸能减小转子的跨度,降低发动机质量等。具体来说环形燃烧室它又分为全环形燃烧室和带单独头部的环形燃烧室。

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全环形燃烧室(图片来源www.pengky.cn)

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全环形燃烧室实物图(四分之一剖发动机)

全环形燃烧室主要由火焰筒内壁、外壁和环形头部组成,其外是燃烧室的内、外壳体。环形燃烧室可以看做是安装在燃烧室壳体内、外壳体形成的环形通道内的,又一个环形通道。

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带单独头部的环形燃烧室(图片来源www.pengky.cn)

带单独头部的的环形燃烧室,是为了便于在火焰筒的头部进行组织燃烧,这种结构也被称作混合式燃烧室,因为其也保留着环管燃烧室的某些体征。

四、回流式燃烧室、折流式燃烧室

这两种燃烧室结构一般配合离心式压气机使用,主要应用在小型燃气轮发动机中。

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WP11折流式压气机折流式燃烧室

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回流式燃烧室

以上介绍了燃烧室的五种种基本形式,航空燃气涡轮发动机这么多年发展,主要形成了这五种结构。我们透过现象看本质,这些结构的目的无非只有一个,就是要让燃料燃得好、燃得稳、还经济。为了保证燃烧室在任何工况下都能稳定而且经济的组织燃烧,从原理上来说,几乎都是采用了以下三种措施。

1. 采用扩压器

就是让从压气机出来的高压高速气流减速,并减小压力损失。压气机出口气流速度高达100m/s ~180m/s之高,通过扩压器的减速作用后仍然有30m/s ~50m/s的流速,就是降低到30m/s 它也是台风的风速。可想而知要在这样的环境下有效的组织燃烧,确实相当于在“龙卷风中竖立起一根火柴”。

2.分流

就是指采用火焰筒的结构,将从压气机出来的来流分成“两股”,一部分直接进入火焰筒的前部燃烧区即直接燃烧,这部分气流仅为从压气机出来的气流的1/3左右,我们把这股气流叫“一股气流”,这是一个专业的词汇。另外一部分从压气机出来的气流,从火焰筒外壁的孔、缝中进入燃烧室进行惨混冷却,我们把这部分气流叫做“二股气流”。

3.火焰稳定器

就是设计特定的结构使得燃烧区内能形成一个特殊的气流机构,以稳定火焰。我们最常见的就是旋流器,这是非常典型的一种结构。在此仅提出一下,后期文章关于燃烧的问题我们再继续展开。

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旋流器示意图(图片来源www.pengky.cn)

几乎所有的传统的燃烧室都是基于以上三点去对燃烧室进行设计的,本质就是让燃料燃得好、燃得稳、还经济,同时燃烧室出口温度一定要在涡轮允许的范围。说起这个涡轮,话就太长了,涡轮前温度也是我们衡量一款发动机好坏的重要指标之一。限于科普和篇幅关于各型燃烧室具体结构作者并未展开,有兴趣的小伙伴可以私下同我们交流,陆续还会为大家带来更多原创文章,感谢关注。

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