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什么是涡喷发动机的燃烧室？陈光谈航发24
(2017-03-03 20:50:10)
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杂谈 |
燃烧室
燃烧室是将压气机出来的高压空气与燃料混合并进行燃烧的装置。在燃烧室里，燃料(如航空煤油)中的化学能经燃烧转变为热能，使气体温度大大增高。
由燃烧室流出的高温、高压（基本与压气机出口压强相同）燃气，具有很高的能量（热能与势能），用以在燃烧室后的涡轮和尾喷管中膨胀做功。
图4-17、燃烧室简图
图4-17示出了燃烧室的简图。燃烧室主要由扩压器、燃油喷咀、涡流器、火焰筒和燃烧室外套等组成。
扩压器使压气机出口的气流流速降低、压强升高，便于组织燃烧；
火焰筒是空气与燃油（航空煤油）燃烧的地方，火焰筒头部装有喷入燃油的喷咀和火焰稳定装置，使气流流速进一步降低并形成回流区，以保持火焰的稳定。
由压气机出来的高压空气在火焰筒头部分为二股：一股（约占总空气量的25%）进入火焰筒头部及其小孔，与燃油混合进行燃烧；
另一股由燃烧室外套与火焰筒间形成的环形道中向后流动，以冷却火焰筒，最后由火焰筒后部的孔进入火焰筒内，与燃烧区的第一股燃烧后的高温气流掺混，将燃烧室出口的燃气温度降低到涡轮能承受的温度，并使燃烧室出口温度场均匀，然后再流向涡轮。
燃烧室按其结构特点可分为单管、环管和环形燃烧室，它们在结构上有所不同，但其基本工作原理是相同的。按气流流动方向分为直流式和回流式；
按燃油喷入方式分为气动雾化喷嘴式、蒸发管式和预混预蒸发式。
图4-18、单管燃烧室
单管燃烧室（图4-18）又叫分管燃烧室，多用于早期的发动机中，它的火焰筒很像一个底端开口的热水瓶瓶胆。
火焰筒装在一个围绕其外的燃烧室外套（或称机匣）中，为便于装拆，外套由前、后两段组成。
一台发动机上一般装8～10个单管燃烧室，均匀地安排在发动机机匣外围，位于压气机与涡轮之间。各燃烧室间有传焰管连通，以便将在几个（一般为2个）燃烧室中点燃的火焰传到其它火焰筒中，点燃所有燃烧室，同时还起到均衡各个燃烧室压力的作用。
单管燃烧室的优点是：燃油与空气容易匹配、研制和试验费用低、刚性好、强度大。
主要缺点是：燃烧性能差、出口温度场不均匀度大、高空点火性能差、迎风面积大以及结构笨重等，目前已很少在发动机上采用。
(3)
图4-19、环形燃烧室
环形燃烧室（图4-19）是现代涡轮风扇发动机中用得最为广泛的燃烧室。
它的火焰筒由两个围绕发动机轴线的同心圆壳体所组成，形成一个环形腔道，内、外壳体分别称为火焰筒内、外壳。
在火焰筒外壳外面围绕一个环形的外机匣，在火焰筒内壳里面装有一个环形的内机匣，因此，整个燃烧室是由4个同心圆环组成的。
在火焰筒前端也装有喷咀与涡流器。环形燃烧室具有燃气温度高、迎风面积小、流动损失小、高空点火性能好、出口温度场均匀以及长度短、重量轻等优点。
不足之处是研制难度大、调试费用高、结构强度和刚性较差。但随着现代设计和材料、制造工艺水平的不断提高，这些都是可以获得解决的问题。
(4) 环管燃烧室
图4-20、环管燃烧室
环管燃烧室又称联管燃烧室（图4-20），它是介于单管燃烧室与环形燃烧室之间的一种燃烧室。在围绕发动机轴线的2个同心圆机匣（即燃烧室内、外机匣）中，装有10个左右的火焰筒。它的火焰筒类似单管燃烧室的火焰筒，各火焰筒间也用传焰管相互连通。
单管燃烧室主要用于早期的涡轮喷气发动机中；20世纪50年代末期，环管燃烧室逐步替代了单管燃烧室；20世纪70年代以后发展的大型发动机多采用环形燃烧室。图4-21为典型的环形燃烧室部件。但在地面用燃气涡轮发动机上，仍有采用环管燃烧室的。
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