一种加力燃烧室喷嘴布局方法

摘要

本发明提供一种加力燃烧室喷嘴布局方法，流场模拟得到若干等距的轴向坐标为常数的截面；计算每一截面气流中的氧气密流值；将每一截面转换为矩形截面，并继承原有密流特性；计算每一截面的每一径向节点与初始边界形成的矩形区域中的密流通量占总密流通量的百分比GK；根据设计规范，确定径向所需的喷嘴数量n和隔离冷却气流的径向结构位置处GK值GKa；将GK值按0～GKa的范围等分为2n份，求出每份分界点的GK值所对应的径向坐标；将每个截面等分出的相同GK值所对应的径向位置相连，得到氧气密流流线；挑选间隔的氧气密流流线与喷杆中心线的交点确定喷嘴位置。本发明所提供的方法，可使燃油和参与燃烧的氧气精细匹配，均匀预混，有利于提高加力燃烧效率。

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机领域，特别涉及加力燃烧室部分，具体涉及一种加力燃烧室喷嘴布局方法。

背景技术

加力燃烧室设计中，燃油喷嘴布局的精细化程度，将直接影响加力燃烧室性能。在喷嘴布局设计中，传统的方法是按特征截面流通面积近似划分，不能考虑内外涵两股气流混合后的氧气流量分布。对于混合进气加力燃烧室，内外涵气流混合程度大，两股气流速度、密度、氧气浓度等反映氧气流量的关键参数都发生了较大变化(见图2)，如果采用传统的面积率法进行喷嘴布局设计，只能近似为均匀气流，将使得加力喷嘴布局与实际氧气流量分布不匹配，将会带来较大的误差，影响加力燃烧室性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于混合进气加力燃烧室，可根据复杂流场的氧气分布，精细化确定燃油喷嘴布局的设计方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种加力燃烧室喷嘴布局方法，包括如下步骤：

步骤一：模拟混合进气加力燃烧室，将外内涵两股气流掺混并赋予混合气流流场特性；

步骤二：沿加力燃烧室轴向方向将该加力燃烧室划分为若干等距截面，计算每一截面混合气流中的氧气密流值；

步骤三：将步骤二中获得的每一截面转换为矩形截面，同时每一矩形截面继承所对应的步骤二中截面的氧气密流特性；

步骤四：将每一矩形截面划分成密度相同的网格，计算每一矩形截面中的每一个径向节点所处的边界与初始边界所形成的矩形区域的氧气密流通量占该矩形截面的总氧气密流通量的百分比，定义为GK值；

步骤五：根据加力燃烧室设计规范确定该加力燃烧室径向所需布置的喷嘴数量n和隔离冷却气流的径向结构位置处GK值，称其为GKa值，将GK值按0～GKa的范围等分为2n份，求出每份GK值所对应的矩形截面径向节点数值，将每个矩形截面等分出的相同GK值所对应的径向节点所处的边界相连，得到加力燃烧室喷嘴布置截面的氧气密流流线；

步骤六：在步骤五得到的氧气密流流线的基础上，挑选间隔的氧气密流流线与喷杆中心线的交点确定喷嘴位置。

优选地是，所述氧气密流值由混合气流密度、混合气流速度以及氧气浓度三者相乘获得。

本发明所提供的一种加力燃烧室喷嘴布局方法的有益效果在于，采用氧气流量法得到的燃油喷嘴局部，可使燃油和参与燃烧的氧气精细匹配，均匀预混，有利于提高加力燃烧效率，提高了加力燃烧室设计质量和设计精度，同时该方法可推广至其它复杂进口流场的燃烧室布油设计当中。

附图说明

图1为本发明加力燃烧室喷嘴布局方法的步骤说明图；

图2为现有混合进气加力燃烧室供油截面流场复杂情况示意图；

图3为本发明加力燃烧室喷嘴布局方法的流程图A；

图4为本发明加力燃烧室喷嘴布局方法的流程图B。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图3和图4对本发明的加力燃烧室喷嘴布局方法做详细说明。

本发明的适用于混合进气加力燃烧室，复杂流场的燃油喷嘴布局方法，主要包括五个环节：流场模拟、特征截面密流特性计算、赋值运算、流线划分、喷嘴布局，具体按照六个步骤操作，操作步骤见图1。

步骤一，采用商用流场软件或自编程序，模拟混合进气加力燃烧室，将外内涵两股气流掺混并赋予混合气流流场特性。

步骤二，沿加力燃烧室轴向方向将加力燃烧室划分为若干等距截面，即轴向坐标等于常数的截面，每一截面的流场特性，需包含混合气流密度、混合气流速度、氧气浓度分布特性，然后再计算每一截面混合气流中的氧气密流值，采用将混合气流密度、混合气流速度、氧气浓度三者相乘获得。

以上两步为流场模拟和特征截面密流特性计算。

步骤三，接着将步骤二中获得的每一截面转换为矩形截面(见图3中第一、二幅图)，即通过极坐标转换为笛卡尔坐标转换，同时每一矩形截面继承原有截面的氧气密流特性，将每一个截面转换为矩形截面的目的，是为了更方便地对该截面按氧气密流通量进行等分。

步骤四，将每一矩形截面划分成密度相同的网格，见图3中第三、四幅图，计算每一矩形截面中的每一个径向节点(图4左侧视图中的Y方向i坐标)所处的边界(即图4左侧视图中平行Z坐标的黑实线gki)与初始边界(0)所形成的矩形区域(即图4左侧视图中的阴影区域)中的氧气密流通量占该矩形截面的总氧气密流通量的百分比，定义为GK值。

以上两步为赋值运算，下面介绍流线划分。

步骤五，在流线划分之前，需根据加力燃烧室设计规范确定该加力燃烧室径向所需布置的喷嘴数量n和隔离冷却气流的径向结构位置处GK值，称其为GKa值，GKa一般选取小于GK值，以预留其它功用的流量数值(见图4左侧视图，将总的GK值设定为1，GKa小于1)。

将GK值按0～GKa的范围等分为2n份，以便于划分区域中心，区域中心是为了确定喷嘴位置，求出每份分界点的GK值所对应的矩形截面径向节点数值(即图4左侧视图坐标系中横坐标Yi值)。举例如下：假定GKa＝0.9、n＝8时，则每份分界点的GK值分别为：0.9、0.9*(15/16)、0.9*(14/16)、0.9*(13/16)……0.9*(1/16)、0，与GK值对应的Yi值(即图4左视图中Y方向坐标值)分别为Y16、Y15、Y14、Y13……Y1、Y0(其中Y16、Y1、Y0已在图4右侧视图中示出)。

接着将每个矩形截面等分出的相同GK值所对应的径向节点所处的边界相连(即每一矩形截面中的黑实线gki相连，构成一连续的曲面)，得到2n条加力燃烧室喷嘴布置截面的氧气密流流线，即图4右侧视图中的A标记，需要说明的是该氧气密流流线从加力燃烧室径向看为曲线，轴向看为曲面。

步骤六则为喷嘴布局，在步骤五得到的2n条氧气密流流线的基础上，挑选间隔的n条氧气密流流线与喷杆中心线的交点确定喷嘴位置，n条挑选的氧气密流流线与喷嘴数量n个相对应，代表2n个氧气密流流线区域中心的氧气密流流线，详见图4右侧视图中标记A曲线(挑选的氧气密流流线)与标记B曲线(喷杆中心线)的交点圆圈位置即为喷嘴位置，标记C曲线为未被挑选的氧气密流流线。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。