发动机部件-燃烧室

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。
➢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；
➢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 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。
燃烧室基本类型
➢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；
➢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
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；
➢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。
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：
➢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
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：
把几个单独的火焰筒放在一 个环形外壳内。火焰筒之 间有联焰管进行传焰
火焰筒和壳体都是同心 环形结构，无需联 焰管
1. 调试用气量少；
2. 单个喷嘴容易与气流配
合达到要求；
主 要
3. 单独的小燃烧室本身强 度和刚性好；
优 点
4. 装拆维护方便。
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
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。
组成与工作原理
➢扩压器 ➢火焰筒 ➢外壳 ➢内壳 ➢涡流器 ➢喷咀 ➢点火器
➢原理： ➢空气分股、反向回流、非均匀混合气
➢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；
一级扩压的扩压器
二级扩压的扩 压器
突扩扩压器
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 间。
形成环 形空间
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。
单管燃烧室 传焰管
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；
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。
1. 迎风面积最大，空间利 用率低，质量最大；
主 2. 与轴流压气机出口环形
➢离心喷嘴； ➢气动喷嘴； ➢蒸发喷嘴； ➢甩油盘喷嘴。
双油路离 心喷嘴
旋流 器
主油路
副油路
单油路 离心喷
嘴
蒸发管喷嘴
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；
➢直接点火：用电嘴直接点燃火焰筒头部的混 合气
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
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。
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。
要
气流配合不好，很难得
缺
到周向均匀的温度场；
点 3. 需要联焰管，空中点火 起动性能最差；
4. 压力损失最大。
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
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；
飞机发动机原理
—发动机部件
燃烧室
主要内容
➢燃烧基本理论 ➢燃烧室基本类型 ➢燃烧室基本构件的结构 ➢排气污染及减少排气污染的主要措施 ➢燃烧室主要零件常用材料和防护涂层
➢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。
称为理论空气量
余气系数
空气 流量
•


பைடு நூலகம்
L L0

ma
•
mf L0
燃油 流量
➢当量比
➢实际燃料量和理论燃料量之比
当量
•
•
比
mf ma 1
1 L0
余气系数
➢
燃烧过程是在高速气流（ 100~50m
气（ =3.5~4.5）中进行；
s
）和贫油混合
➢ 燃烧室的零件是在高温、高负荷下工作，承受由气
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。
对燃烧室基本要求
➢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。
油气比
•
f

mf
•
ma
➢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
单位质量的燃料完全 燃烧所需的空气量，
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。
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；
➢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。
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：
3. 火焰筒刚性差； 4. 装拆维修困难。
燃烧室基本构件
• 燃烧室由： • 扩压器、壳
体、火焰筒、 燃油喷嘴和 点火器等基 本构件组成
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。
➢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。
单管燃烧室
环管燃烧室
环形燃烧室
结 构 特 点
每个圆管火焰筒有各自的外 壳，组成一个单管。各 个单管燃烧室之间有联 焰管进行传焰。
➢由进气装置（扩压气）、壳体、火焰筒、喷 嘴和点火器等基本构件组成。
➢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
➢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。