航空发动机燃烧室调研报告

航空发动机燃烧室调研报告

一、航空发动机的分类

有两种基本类型的燃烧室：单管燃烧室和全环燃烧室，环管燃烧室是介于单管燃烧室和环形燃烧室中间的一种，它将多个筒状燃烧室安装在一个共同的环形机匣内。

二、航空发动机结构见图

燃气涡轮发动机的涡轮是利用高压气体膨胀做功带动压气机器其他发动机附件的（包括增压泵、发电机、螺旋桨等），位置又在燃烧室的后面，燃烧室前面的是压气机。涡轮前燃气温度一般不超过1200摄氏度，现代的单晶涡轮叶片使用高强度的合金制成的。

图中站位6就是涡轮。

关于材料：

镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。在镍基铸造高温合金中发展出了定向结晶涡轮叶片和单晶涡轮叶片。

定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步改善了合金的综合性能。

航空燃气轮机燃烧室的主要组成部分有：扩压器（Diffuser），机匣（Case），帽罩（Cowl），油喷嘴（Fuel Nozzle），旋流器（Swirler），头部端壁（Dome），火焰筒（Liner）。火焰筒上开有各种孔，主燃孔，掺混孔，气膜冷却孔。

下面分别介绍各部分的主要功能。

（1）扩压器：降低压气机出口流速，恢复动压头，利于燃烧室组织燃烧；（2）机匣：用于安装火焰筒，连接发动机压气机部分和涡轮、加力燃烧室部分，是承力件；

（3）喷嘴：用于燃油雾化；

（4）旋流器：使气流旋转，产生回流区，稳定燃烧过程；

注：目前发展趋势为，将上述二者结合，称之为空气雾化喷嘴；

（5）帽罩：使空气按照环腔、头部所需量分股时，流动不发生分离，减小流动损失；

（6）火焰筒：燃烧室承温部件，火焰筒上开有各种孔，实现（气量分配、前述的设计理念）在其间气液两相流稳定高效燃烧，并与冷气掺混，满足出口温度分布需要，同时壁面采取有效的冷却防护措施，防止烧坏。

三、各类型燃烧室各自优缺点

单管燃烧室的优点：1、机械强度好；2、燃油喷雾和气流流型容易匹配；3、在研发过程中，只需要很小的气源，经费少；4、拆装维护方便；

其缺点：1、体积大，重量重；2、压力损失大；3、需要联焰管；4、起动联焰容易出问题。

二、环管燃烧室将多个筒状燃烧室安装在一个共同的环形机匣内。用于飞行的第二代发动机，则基本采用了环管燃烧室。采用环管燃烧室的第二代发动机主要有GE J73和J79，P&W的J57和J75，罗罗公司的Avon，Olympus和Spey，我国的WP6和WP7等。

环管燃烧室的优点：1、机械强度好；2、燃油喷雾和气流流型容易匹配；3、在研发过程中，只需要很小的气源，经费少；4、压力损失相对单管燃烧室低；5、比单管燃烧室更短更轻；

其缺点：1、不如环形燃烧室紧凑；2、同样需要联焰管；3、起动联焰容易出问题。

三、环形燃烧室的机匣和火焰筒都是环形结构，这是航空涡轮发动机燃烧室的理想形式。从上个世纪六十年代以后，环形燃烧室的布局已经成为了主流，在新研发的航空发动机上，自动地选择环形燃烧室。例如，GE的CF6，CFM56，GE90，F110等，P&W的JT9D，F100，F119等，RR的RB211，Trent等，以及我国2005年底定型的太行发动机。

环形燃烧室的优点：1、长度小和重量轻；2、最小的发动机的迎风面积；3、与压气机流场匹配容易，压力损失小；4、起动联焰可靠；

其缺点：1、外火焰筒容易翘曲变形；2、燃油流动与空气流型配合困难；3、研发过程中，需要大气源，与整机流量相同，经费多；4、出口温度的截面分布不容易维持。

对于小航空发动机，主要是小型涡扇、涡轴和涡喷发动机，由于其转速高，为了缩短轴距，多采用回流燃烧室和折流燃烧室。

四、燃烧室工作的方式以及过程

1、空气从火焰筒头部、主燃孔、补燃孔、掺混孔、气膜孔进入，形成所要求的

气流结构。

2、燃料喷出后，形成一锥形空心油膜与回流区相互作用形成所要求的浓度场。

3、点火器点燃过渡区内的可燃混气，形成火焰前锋，边燃烧边向下游流动，其中一部分进入回（逆）流区，在逆流区充满高温燃烧产物，一方面可作为高温点火源，另一方面为液体燃料蒸发提供热量

4、回流的高温燃气逆流流到喷嘴附近，将刚刚喷进来的燃料蒸发，并与从旋流器进入的空气迅速掺混，形成轴对称分布的可燃混气浓度分布。当可燃混气流经过渡区固定点火源时，被点着形成火焰焰锋。

5、从主燃孔导入二股空气，一部分向主燃区补充新鲜空气，一部分用来截断回流区。从补燃孔进入的空气，用于补燃燃烧，使燃烧完全。从掺混孔进入的空气，

与高温燃气混合，降低气温度，形成所要求的出口温度场。从气膜孔进入的空气用来在火焰筒壁面附近形成保护气膜，使壁温在容许的范围内。