发动机部件-燃烧室

燃烧完全
从经济性考虑，希望供入燃烧室的燃料能完全燃 烧，使化学能尽可能的完全释放出来，转变为热能， 并用于加热工质，提高发动机的作功能力。 衡量燃烧完全程度，常用燃烧完全系数和燃烧效率 来表示： 燃烧完全系数：燃料燃烧时实际放热量和燃料完全 燃烧时的理论放热量之比； 燃烧效率：燃料燃烧时，实际用于加热的工质的热 量和燃料完全燃烧时的理论放热量之比。
2.环管燃烧室
结构特点：
燃烧室的内、外壳体构成环形气流通道， 若干个管式火焰筒，沿圆周均匀安装在环形 气流通道里，相邻火焰筒燃烧区之间用传焰 管联接。
优点：
试验和修正仍较方便，可以截取1~3个火焰 筒进行调试，所需试验设备不是很大； 若结构设计得当，检查和装拆较方便，可单 独更换火焰筒； 环形截面积利用率高，并能与轴流压气机和 涡轮通道平滑衔接，流体损失小。
1. 调试时需要大型气 源； 2. 采用单个燃油喷嘴 ，燃油—空气匹配 不够好； 3. 火焰筒刚性差； 4. 装拆维修困难。
主 要 缺 点
1. 迎风面积最大，空间利 用率低，质量最大； 2. 与轴流压气机出口环形 气流配合不好，很难得 到周向均匀的温度场； 3. 需要联焰管，空中点火 起动性能最差； 4. 压力损失最大。
涡喷6发动机燃烧室
3.环形燃烧室
结构特点：
燃烧室的内、外壳体构成环形通道，通 道内安装一个由内、外壁构成的环形火焰筒， 因而燃烧是在环形的燃烧区和掺混区进行的。
优点：
燃烧好，总压损失小； 燃烧室出口流场和温度场分布均匀； 燃烧室结构简单，重量轻，耐用性好； 冷却用气量少； 燃烧室轴向尺寸短，有利于减小转子跨度 和降低发动机总体质量。

1

余气系数
燃烧过程是在高速气流（50-100 m/s）和贫 油混合气（a= 3.5–4.5）中进行；
燃烧室的零件是在高温、高负荷下工作，承 受由气体力、惯性力产生的静载荷和振动载 荷，还受热应力和热腐蚀的作用。
组成与原理
组成与工作原理
1.组成：
扩压器 火焰筒 外壳 内壳 涡流器 喷咀 点火器
燃烧室
用来将燃油中的化学能转变为热能，将 压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许 的温度，以便进入涡轮和排气装置内膨胀做 功。 在整个燃气涡轮发动机的热力循环中， 燃烧室完成加热过程。
基本参数
1. 油气比
指在燃烧过程中实际供给的燃料质量流量和空气质 量流量之比。

f
油气比
mf ma
2. 余气系数
实际空气量和理论空气量之比。
为保证燃料完全燃烧， 所供应的空气量，称 为实际空气量
余气系数

空气 流量
单位质量的燃料完全 燃烧所需的空气量， 称为理论空气量
ma L L0 m L f 0
燃油 流量
3. 当量比
实际燃料量和理论燃料量之比
当量 比


m f ma 1 L0
结构特点： 燃烧室由若干个单管燃烧室组成，每个 单管燃烧室由一个管形的火焰筒及其外围单 独的外壳组成，沿发动机圆周均匀地分布， 各个单管燃烧室之间用传焰管(联焰管)联通， 传播火焰和均衡压力。
优点：
试验和修正比较容易，不需要庞大的试验 设备； 维护、检查和更换比较方便，不需要分解 整台发动机； 从发动机总体结构上，与离心式压气机的 配合比较协调。
缺点：
环形截面积利用率低，因而燃烧室内气流平 均速度大，这对于稳定燃烧是不利的，总压 损失也大； 在高空依靠传焰管传递起动火焰，起动性能 差； 火焰筒表面积和燃烧室之比较大，用于冷却 的空气流量大； 燃烧室出口温度场不均匀，承受载荷依靠内 壳体，钢度差，燃烧室较重。
单管燃烧室
传焰管
尺寸小、重量轻
减少重量，可以提高发动机的推重比，增加 飞机机动性；
缩短长度，不仅可以减轻燃烧室的质量，还 可以缩短压气机和涡轮的距离，减轻机匣和 转子的质量，并增加轴的刚性； 减少燃烧室直径，可缩小发动机径向尺寸减 少短舱的迎风面积。
排气污染少
在燃烧过程中，由于缺氧燃烧不完全，或局
1. 气动布局较差，扩压器设 计较困难； 2. 也有联焰管，点火性能不 好； 3. 出口燃气周向温度场不如 环形燃烧室好； 4. 比环形燃烧室结构质量大
燃烧室出口温度场符合要求
除燃烧室点火过程的 短时间以外，火焰不 得伸出火焰筒；
沿圆周方向，温度尽 可能均匀； 沿叶高（径向）温度 符合等强度要求。
压力损失小
压力损失主要包括气流流动过程中由于摩 擦、掺混、突扩和进气等造成的流阻损失， 以及由于燃烧加热引起的热阻损失。
使气流总压下降，影响发动机的推力和经 济性。
单管燃烧室 结 构 特 点
环管燃烧室
环形燃烧室 火焰筒和壳体都是同心 环形结构，无需联 焰管
每个圆管火焰筒有各自的外 把几个单独的火焰筒放在一 壳，组成一个单管。各 个环形外壳内。火焰筒之 个单管燃烧室之间有联 间有联焰管进行传焰 焰管进行传焰。
主 要 优 点
1. 调试用气量少； 2. 单个喷嘴容易与气流配 合达到要求； 3. 单独的小燃烧室本身强 度和刚性好； 4. 装拆维护方便。
部高温富油，以及雾化质量较差形成大的雾
滴等原因，产生一氧化碳、烟粒、氮氧化合
物和未燃碳氢等污染物。
基本类型
为了满足燃烧室的基本功能，都采用了扩压 减速、空气分股、反向回流、非均匀混合气 成分等基本措施；
根据主要构件结构形式，燃烧室分为：单管 （分管）、环管和环形三种基本类型
1.单管燃烧室
点火可靠
在启动发动机和空中再点火时，要求燃烧室 能可靠地点火，迅速启动并转入正常工作。
点火高度：飞机在空中熄火后重新可靠启动 的高度； 点火特性线：在一定进气条件下，可靠点火 的混气浓度范围所形成的点火包线，用余气 系数表示。
燃烧稳定
要求燃烧室在点燃以后，必须在规定的全部 飞行高度、速度范围内都能稳定燃烧，不被 吹熄。
飞机发动机及控制
发动机部件
发动机部件
五大部件（component） 进气道（inlet duct） 压气机（compressor） 燃烧室（burner） 涡轮（burbine） 尾喷管（nozzle）
燃 烧 室
主要内容
燃烧基本理论 燃烧室组成与原理
燃烧室基本类型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本理论
1.1 扩压器
功用：
降低从压气机流出的气流速度，以利于组织 燃烧。
气流在扩压器的扩张形通道里面减速增压。
一级扩压的扩压器； 二级扩压的扩压器； 突扩扩压器。
1.2 燃烧室壳体
燃烧室壳体用来构成二股气流通道，在环管
和环形燃烧室中，燃烧室壳体由内、外壳体
组成，为空气分流、掺混和混气形成提供空
衡量燃烧稳定性，是指在一定的进口气流参 数条件下，稳定燃烧的混气浓度范围。稳定 燃烧的混气浓度范围越宽，表示燃烧稳定性 越好。
恶劣的工作条件
气象条件和机动飞行会造成燃烧室进口气流 不稳定，不均匀；
发射武器或机动飞行时操纵油门杆过猛造成 燃烧室瞬时过分富油和贫油； 加力燃烧室的振荡燃烧，使燃烧不稳定，甚 至导致燃烧室结构损坏。
间。
形成环 形空间
1.3 火焰筒
燃烧室的主要构件是组织燃烧的场所，由涡 流器（旋流器）和火焰筒筒体等部分组成。 旋流器：形成火焰筒头部的回流区，降低气 流速度，在火焰筒头部形成稳定的火源，保 证燃烧室稳定工作。
冷却气进口
掺混口
补燃 口
旋 流 器 叶 片
空气进 气方向
旋 流 器 叶 片
旋 流 器 传焰 管
1.4燃油喷嘴
将燃油雾化，加速混气形成，保证稳定燃烧 和提高燃烧效率。 常用的燃油喷嘴有：
离心喷嘴； 气动喷嘴； 蒸发喷嘴； 甩油盘喷嘴。
旋流 器
双油路离 心喷嘴
单油路离 心喷嘴
1.5 点火器
在起动和高空熄火的时候形成点火源。
间接点火：形成小股火焰，点燃工作喷嘴的 燃油，点火能量大，高空再点火较易实现， 但结构复杂，重量较大；
1. 迎风面积最小； 2. 用含1~3个火焰筒的试件 就可以做试验，无需很大 的气源 3. 供油和供气匹配较好； 4. 外壳是承力件，有利于提 高发动机的强度和刚性。
1. 与压气机配合获得 最佳的气动设计， 压力损失最小； 2. 空间利用率最高， 迎风面积最小； 3. 可得到均匀的出口 周向温度场； 4. 无需联焰管，点火 时容易传焰。
直接点火：用电嘴直接点燃火焰筒头部的混 合气。
2. 原理：
空气分股、反向回流、非均匀混合气
3. 特点：
工作条件恶劣、局部过热、热腐蚀和热 疲劳； 承受气体压力、轴向力、惯性力和气流 脉动交变力； 燃烧室后面有高速旋转的涡轮；
4. 燃烧室的主要要求
点火可靠 燃烧稳定 燃烧完全 燃烧室出口温度场符合要求 压力损失小 尺寸小、重量轻 排气污染少