3燃烧室

环形燃烧室
分类（依据燃气流动方向） ①直流环形燃烧室 •带单独头部的环形燃烧室 •全环形燃烧室 ②折流环形燃烧室 ③回流环形燃烧室
环形燃烧室
①直流环形燃烧室 •带单独头部的环形燃烧室 环形火焰筒的头部是若干个 环管式燃烧室火焰向的头部结 构，在这些单独头部的后面再 转换成一个公共的环形腔。 每个头部都安装有涡流发生 器和燃油喷嘴，气流从每个单 独的头部进入火焰筒，与喷嘴 雾化后的燃油混合，形成主燃 区。
的20％左右,其功用是与燃油混合, 组成余气系数等于1 的混合气, 进行燃烧。 第二股由火焰筒侧壁上开的小孔及缝隙进入燃烧室, 占总进气量的75％左右,其功用是: 进行补充燃烧;与燃
气进行掺混,降低燃气的温度, 控制燃烧室出口处的温度
分布, 以满足涡轮对温度的要求.
燃烧室的设计要求
燃烧稳定 提高火焰的传播速度 促使燃料迅速汽化: 燃油被撕碎成微小的
环形燃烧室
③回流环形燃烧室 压气机出来的气体经过 两次折转再注入涡轮，回 流燃烧室使得压气机和涡 轮的轴向长度大大缩短， 短轴连接，缩短发动机长
度，减轻重量。
适合用于直升机的紧凑 型发动机。
3.燃烧室基本组成
燃烧室由以下等基本构件组成： 扩压器 火焰筒
燃油喷嘴
点火器
机匣
扩压器
失。由于相对于其它损失来说数值较小，一般不予考虑。
燃烧室的设计要求
尺寸小、重量轻
由燃烧室或任何别的热量发生装置放出的热量取决于燃烧 区的容积。因此，为了获得要求的高功率，一个相当小而紧 凑的燃气涡轮燃烧室必须以极高的放热率放热。 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
工作条件十分恶劣，于是要求燃烧室出口气流温度场
符合涡轮叶片高温强度的要求，不要有局部过热点， 以保证涡轮的正常工作和寿命。
燃烧室出口温度分布的衡量指标：
1）燃烧室出口温度分布系数 2）燃烧室出口径向温度分布系数
Tt 4max Tt 4 OTDF Tt 4 Tt 3 Tt 4r max Tt 4 RTDF Tt 4 Tt 3
点火可靠
燃烧稳定 燃烧完全 出口温度场符合要求 压力损失小
作，至少不能熄火，以
便保证发动机能发出推
尺寸小、重量轻
排气污染少 寿命长
力，飞机能安全飞行。
基本参数
油气比
燃烧室燃油流量 / 燃烧室空气流量
基本参数 余气系数 进入燃烧室的空气流量与进入燃烧室的燃油流量 完全燃烧所需要的理论空气量之比。
众多小孔引起的损失较为突出。
燃烧室的设计要求
压力损失小
3)火焰筒的总压损失。
p b p
* 3 * 2
一部分是燃料喷射雾化掺混及燃烧后与冷却空气的掺混引 起的总压损失；另一部分是回流区强湍流扰动形成的损失；
第三部分是燃料燃烧使气流加热引起的总压损失，即热阻
损失。 4)气流流过通道内的各种障碍物(如喷嘴及点火器支杆、 联焰管支板、挡板等)及通道表面产生摩擦造成的损失。流 过障碍物后产生旋流亦造成损失，这些损失统称为附加损
燃烧室的设计要求
点火可靠 • 点火高度：是评定飞机或发动机的一个性能指标。
一般在地面工作时，由于大气压力和温度较高，点火起
动比较容易。但是，在冬天，特别是发动机在高空熄火而 需要再点火时，发动机处于风车状态(即此时飞机靠惯性仍 在飞行，气流进入发动机内吹动压气机旋转)，压气机出口 气流速度很大，而这时大气压力和温度又很低，耍实现可
作用
降低从压气机流出的气流速度，为燃烧室提供稳定、均 匀的流场，以利于组织燃烧。
结构：
气流的扩压减速是在扩散形通道中实现的。一般扩压器 进、出口截面积之比 / = 3.0~5.0 。 类型（依据扩压器形面不同） 一级扩压式扩压器
靠地点火就很困难，而且飞机无动力滑翔，处于危险状况。
燃烧室的设计要求
点火可靠 为了比较点火性能的好坏，常用在一定的进口气流参数下， 燃烧室能够实现可靠点火的富油极限及贫油极限的范围大小 来表示。 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。
飞行高度增 加，稳定燃 烧范围变窄
燃烧室的设计要求
燃烧室出口温度场符合要求
出口温度场分布要求： 1）火焰除点火过程的短暂时间外，不得伸出燃烧室； 2）沿涡轮进口环形通道的圆周方向，温度尽可能均匀，要 求OTDF＜0.2，RTDF=0.08-0.12。 3）沿叶高（径向）温度分布 应符合中间高两端低的要求 -----等强度原则。
燃烧室的设计要求
燃烧稳定 燃烧稳wenku.baidu.com性曲线
燃烧室的设计要求
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。 衡量燃烧完全程度，
常用燃烧完全系数和
燃烧效率来表示。
燃烧室的设计要求
燃烧室出口温度场符合要求
燃烧室出口的燃气流向涡轮叶片，考虑到高速旋转 的涡轮叶片承受力已很大，再加上高温气流的冲击，
复 习
轴流式压气机 轴流式压气机结构
第二章
燃烧室
燃烧室工作原理 燃烧室的基本结构类型
燃烧室基本组成部件
燃烧室的冷却
燃烧室排放污染
1.燃烧室工作原理
作用
将燃油中的化学能转化为热能， 把压气机增压后的空气
加热到涡轮前允许温度，以便流向涡轮膨胀做功。
重要性
燃烧室的工作环境
燃烧室的设计要求 一个好的燃烧室必须 在这些参数变化范围宽 广的状况下保持正常工
油珠，使油珠汽化。
油滴直径越小，说明燃油汽化的质量越高； 燃料汽化速度越快，火焰传播速度越快。
燃烧室的设计要求
燃烧稳定 燃烧稳定性（熄火特性）：是指在宽广的工作范围内平 稳燃烧和火焰保持在燃着状态的能力。就任一具体燃烧室 而言，都有空气/燃油比的富油极限和贫油极限，超出这些 极限火焰就会熄灭 。 点火过程有贫油和 富油极限，由于在点火 起动冷状态下建立燃烧 比发动机正常工作状态 下燃烧要困难得多，所 以，点火包线在稳定包 线以内。
黑烟雾，造成污染。
3）由于燃烧时温度较高，特别是在地面起飞状况时，容 易形成Nox类物质，对人类及其他生物危害也很大。 4）燃烧室工作时，特别是加力燃烧室在不稳定工作时产 生低频高分贝的强噪声污染。
燃烧室的设计要求
寿命长
航燃烧室内火焰温度很高，火焰筒壁面经常受着高温燃气的 侵蚀。由于气流和火焰的紊流脉动，使火焰筒承受这交变的 高温燃气引起的热应力。 火焰筒经常产生裂纹、烧蚀、掉块、变形等故障。现代航
环形燃烧室
③回流环形燃烧室 回流式环形燃烧室的火焰筒 由内、外壁和环形圆顶组成。 这种燃烧室也用在带有离心 式压气机的燃气涡轮发动机中。 从压气机出来的气体，在组织 燃烧和与燃气掺合的过程中要 经过两次折转再流入涡轮部件。 燃烧室的燃油是由在环形圆 顶部的喷嘴提供。
环形燃烧室
③回流环形燃烧室
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。
燃烧室的设计要求
排气污染少
航发动机的污染表现为： 1）由于燃烧组织的不完善，特别是在富油时，排放大量 的CO直接造成对人类健康的危害。 2）局部富油时因缺氧，形成大量的微细碳粒，形成可见
空发动机的燃烧室内，火焰筒都是用高性能的耐热钢板制成
的。为了防止过热、烧蚀和延长寿命，火焰筒壁面都采用了 有效的冷却措施，以保证在较长的寿命期内安全可靠地工作。
燃烧室的设计要求
这些要求之间往往出现矛盾，实际中会根据飞机的不同
用途，要折中考虑。
2.燃烧室基本结构类型
用于燃气涡轮喷气发动机的燃烧室有三种主要类
型，即：
多个单管燃烧室（分管燃烧室）
环管燃烧室
环形燃烧室
多个单管燃烧室（分管燃烧室）
由多个（8~12）单管燃 烧室组成，压气机出口空 气用管道引入单独的燃烧 室中。
每一燃烧室内部均有一
个火焰筒，围绕它的是机 匣。
各单独的火焰筒用联焰
管连接，使燃烧在发动机 启动期间传遍所有火焰筒。
多个单管燃烧室（分管燃烧室）
燃烧室的设计要求
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 设混气速度为v，火焰传播速度为u： u=v，火焰稳定不动
u>v，回火
u<v，吹熄
燃烧室的设计要求
燃烧稳定
燃烧室内火焰的稳定 v：从发动机压气机来的空气以高达 170 米/秒的速 度进入燃烧室。 u：煤油和空气混合物在化学恰当比下的湍流火焰 传播速度一般只有每秒几米。 所以，为了稳定燃烧，所以必须想法： 降低空气的流速 提高火焰的传播速度 以保证能达到稳定燃烧的条件。
燃烧室的设计要求
燃烧稳定
降低空气的流速 扩压器：降速扩压， 将气流速度一般可降到30~40m/s 回流区：降低燃烧室内局部区域气流速度，在燃烧室 内形成轴向速度较低的区域 如，气体流过钝体 或旋流器（涡流发生器）
燃烧室的设计要求
燃烧稳定
降低空气的流速 回流区： 分股进气
第一股由燃烧室的头部经过旋流器进入, 占总进气量
燃烧室的设计要求
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
扩等造成的流阻损失，以及燃烧加热引起的热阻损失。这 些损失会使总压下降，影响发动机的推力和经济性。 根据造成损失的来源大致可分为四部分： 1)扩压器中由于扩压作用的流体损失。 2)火焰筒进气损失。从压气机经过增压的气流，以不同方 式不同功用分几股进入火焰筒。这些气流进气时大致都经 过摩擦、冲击、转弯及突扩等引起损失，特别是旋流器及
由四个同心圆筒组成
最内、最外的两个圆筒 为燃烧室的内、外壳体 中间两个圆筒为火焰筒 在火焰筒的头部装有一
圈旋流器和喷油嘴
环形燃烧室
应用：广泛用于新型发动机。
优点：迎风面积小，重量轻，起动性能好，出口燃气压力、 温度分布均匀。 缺点：不便更换和检查，试验时需要大量的空气。
环形燃烧室
理论空气量 理论空气量是一公斤燃油完 全燃烧所需要的最少空气量。 对于航空煤油,理论空气量为: 14.7公斤空气／公斤燃油
基本参数
当量比
实际燃料和理论燃料量之比
燃烧室的设计要求
点火可靠 •影响点火可靠的三个参数：油气比、余气系数和当量比
•能在进口±50℃范围内实现良好的地面起动
•高空熄火后能够再点火，保证安全 点火高度：飞机在空中熄火后，重新可靠启动的高度 发动机的点火高度是评定飞机或发动机的一个性能指标， 目前达到的高度为8-9km，采取补氧等措施后可达12-13km。
应用：用于离心压气机发动机和早期轴流压气机发动机中。 优点：结构上比较简单；可以单独的拆换，维护比较方便。 缺点：流动损失大；空间利用率低；起动性能差；出口温 度场分布不均匀；重量大。
多个单管燃烧室（分管燃烧室）
环管燃烧室
联管燃烧室也是有单 独的火焰筒。但是这些
火焰筒被包容在一个共
同的环形腔道里。
概述 作用
复 习
分类：结构，原理，特点 离心式压气机 离心式压气机原理（叶轮；扩压器） 离心式压气机结构：进气装置；叶轮（导风轮；类
型）；扩压器（类型）；集气管
轴流式压气机 轴流式压气机原理（转子；静子） •平面叶栅的基本参数、位置参数、气动参数 •轴流式压气机的特点 •轴流式压气机喘振：防喘结构
环形燃烧室
②折流环形燃烧室 折流式环形燃烧室的火焰筒 由内、外壁组成。 对小型燃气涡轮发动机．因 其流量小，转速高，可以采用 离心式压气机和燃油从发动机 轴内腔经甩油盘离心甩出的供 油方式。 为了充分利用空间尺寸，缩 短转子支点的距离，所以常采 用折流式环形燃烧室。
环形燃烧室
②折流环形燃烧室
各个火焰筒燃烧区间
用联焰管连接。
环管燃烧室
应用：用于轴流式压气机的发动机上
优点：迎风面积小；出口燃气温度、压力比较均匀；火焰
筒可单独更换，检修容易。 缺点：重量仍然较大，结构比较复杂，高空起动性能差。
环管燃烧室
环形燃烧室
这种燃烧室有一个火焰
筒，其形状完全是环形的， 装在内外机匣之间。
环形燃烧室
①直流环形燃烧室 •带单独头部的环形燃烧室
带20个单独头部的环形燃烧室，在头部涡 流器中央装喷嘴，头部与外壁焊成一体
环形燃烧室
①直流环形燃烧室 •全环形燃烧室 全环形直流燃烧室由内、 外环筒和环形火焰筒头部 组成。 广泛用于现代大型涡轮 风扇发动机上。
环形燃烧室
①直流环形燃烧室 •全环形燃烧室