專利名稱：雙環(huán)形燃燒室的燃料供給系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙環(huán)形燃燒室，例如飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用的那一種雙環(huán)形燃燒室。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的雙環(huán)形燃燒室燃料供給系統(tǒng)。通過(guò)用燃料/空氣數(shù)字電子控制裝置(FADEC)調(diào)整帶三位置分級(jí)閥的三歧管燃料供給系統(tǒng)，本發(fā)明對(duì)雙環(huán)形燃燒室在降低排氣污染程度和提高燃燒室使用壽命和操作性能方面進(jìn)行了改進(jìn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)雙環(huán)形燃燒室的示意圖。燃燒室組件10裝在機(jī)匣12中。擴(kuò)壓器14將增壓空氣通入敷有多孔襯墊17的燃燒室16中。襯墊上的孔在燃燒室工作期間溫度變得非常高時(shí)起循環(huán)空氣冷卻襯墊的作用?？諝馔ǖ?3A和33B形成一條從擴(kuò)散器繞燃燒室循環(huán)流通的冷卻空氣通路。
來(lái)自擴(kuò)壓器的壓縮空氣大部分進(jìn)入燃燒室的前區(qū)。燃燒室的這個(gè)前區(qū)由輔助穹艙22和主穹艙24組成，兩穹艙為中心體34所分隔，形成輔助級(jí)區(qū)26和主級(jí)區(qū)28。穹艙22和24配置成雙環(huán)形結(jié)構(gòu)，兩者即以這種結(jié)構(gòu)形成環(huán)形燃燒室經(jīng)分隔、徑向間隔一段距離的兩部分的前部界面，即輔助級(jí)區(qū)26和主級(jí)區(qū)28。中心體34前面設(shè)有一個(gè)罩，進(jìn)一步用來(lái)分隔輔助穹艙與主穹艙。
兩穹艙用螺栓之類連接到襯墊17上。穹艙22和24中分別配置有汽化器31A和31B，汽化器中裝有許多燃料杯和離心式噴嘴。各燃料杯和離心式噴嘴在燃燒室16前區(qū)彼此間隔一段距離排列成圈。輔助級(jí)的各燃料杯徑向地配置在主級(jí)各燃料杯外。燃料用燃料噴管19加到有雙噴管進(jìn)口20A和20B的各燃料杯中。噴管進(jìn)口20A通過(guò)燃料噴管總管18將燃料供到輔助穹艙22中，噴管進(jìn)口20B則通過(guò)燃料噴管總管18將燃料供到主穹艙24中。
圖2是沿圖1的A-A線截取的一部分前視剖視示意圖。參看圖2，燃料從燃料噴管總管18引入燃料噴嘴21A和21B中，再引入燃料杯37A和37B中。燃料噴嘴21A和21B可滑動(dòng)地配置在燃料杯37A和37B中，燃料杯37A和37B則如上面說(shuō)過(guò)的那樣圍繞輔助穹艙22和主穹艙24裝在彼此間隔一段距離成圈排列的多個(gè)位置上。輔助穹艙和主穹艙內(nèi)的各汽化器配備有主離心式噴嘴30A和30B圍繞著燃料噴嘴和燃料杯提供混有燃料的旋渦空氣。燃料與空氣燃燒所產(chǎn)生的生成物從輔助級(jí)和主級(jí)出來(lái)，通過(guò)下游的渦輪段36膨脹(圖1)。
多年來(lái)，從環(huán)境保護(hù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面考慮，迫切需要降低燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染程度。雙環(huán)形燃燒室比傳統(tǒng)的單環(huán)形燃燒室有利，因?yàn)殡p環(huán)形燃燒室的兩分開(kāi)供給燃料的穹艙，可以降低通常在低功率運(yùn)行時(shí)經(jīng)常發(fā)生的排出烴類(HC)和一氧化碳(CO)的排出量。此外，雙環(huán)形設(shè)計(jì)可以減少高功率運(yùn)行時(shí)氮的氧化物(NOx)和黑煙的排出量。
上述性能是這樣達(dá)到的在需用低能量時(shí)(例如起動(dòng)和慢車期間)，完全只使用輔助穹艙，需要進(jìn)一步提高功率時(shí)，才使用主穹艙和輔助穹艙。隨著需用功率的提高，主穹艙接收的燃料越來(lái)越多。為達(dá)到上述性能，還采取了這樣的措施提高在起動(dòng)和低功率運(yùn)行期間點(diǎn)火的輔助穹艙中的燃料空氣比值(F/A)，并在高功率運(yùn)行期間降低主穹艙中的F/A。
在單環(huán)形設(shè)計(jì)幾何條件固定的情況下，要達(dá)到實(shí)現(xiàn)降低排氣污染程度的這些相互矛盾的低功率/高功率的F/A的要求實(shí)質(zhì)上是不可能的。因此，單環(huán)形燃燒室的設(shè)計(jì)要妥善處理上述兩種情況之間的關(guān)系，即一方面要在低功率運(yùn)行期間不僅使HC和CO的排出量低，而且要使其具有起動(dòng)良好和能進(jìn)行貧油熄火的性能，另一方面要在高功率運(yùn)行期間達(dá)到NOx排出量、煙流譜和非最優(yōu)流譜以及分布因數(shù)都高的情況。雙環(huán)形燃燒室的基本原理可以在功率譜的兩端都達(dá)到最佳情況。
圖3給出一般雙環(huán)形燃燒室燃料供給系統(tǒng)的原理圖。燃料調(diào)節(jié)器40將燃料引到調(diào)節(jié)分級(jí)閥42，閥42打開(kāi)時(shí)，燃料就可以通到主級(jí)歧管44中。閥42是通過(guò)將其閥位調(diào)到“通”或“關(guān)”的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)的。閥42關(guān)閉時(shí)，燃料只能進(jìn)入輔助級(jí)歧管46中。無(wú)論閥42打開(kāi)或關(guān)閉，歧管46都接收適量的燃料。在一般的雙環(huán)形燃燒室中，主級(jí)燃料的供應(yīng)是根據(jù)分級(jí)閥(例如分級(jí)閥42)的位置進(jìn)行的，閥42一般是液壓控制的。
圖4比較了單環(huán)形燃燒室50與一般的雙環(huán)形燃燒室52在推力級(jí)和穹艙離心式噴嘴比值變化時(shí)的穹艙離心式噴嘴的Φ比值(即等值比)。Φ比值的定義是FAR(燃料空氣比)實(shí)際值與FAR化學(xué)計(jì)算值的比值。穹艙離心式噴嘴Φ比值為穹艙中的FAR實(shí)際值與所消耗燃料的FAR化學(xué)計(jì)算值的比值。圖4的曲線示出了分級(jí)工作區(qū)48和不分級(jí)工作區(qū)49。分級(jí)區(qū)48相當(dāng)于只有燃燒室的輔助級(jí)參與工作時(shí)的推力級(jí)。推力級(jí)達(dá)大約15%之后，主級(jí)開(kāi)始按功率要求的需要增加所接收的燃料量。
圖4中示出了發(fā)動(dòng)機(jī)用以衡量其總的排氣污染程度的四個(gè)工作點(diǎn)。工作點(diǎn)A為7%推力的慢車位置，工作點(diǎn)B為30%推力的進(jìn)場(chǎng)位置，工作點(diǎn)C為85%推力的爬升位置，工作點(diǎn)D則為100%推力的起飛位置。
這些數(shù)據(jù)還附有四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)處的相對(duì)排氣量差，用以測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的總排氣特性(即，7%慢車，30%進(jìn)場(chǎng)，85%爬行和100%起飛)。按現(xiàn)行的燃料供給原理，除30%推力進(jìn)場(chǎng)外，在各試驗(yàn)點(diǎn)上都大大改善了排氣的污染程度。
圖4中所示為具一般燃料供給系統(tǒng)的雙環(huán)形燃料室，其在30%推力的排氣能力之所以有差別是由于選取了分級(jí)(不加燃料的主級(jí))與不分級(jí)(加燃料的主級(jí))燃燒之間的過(guò)渡點(diǎn)所致。要使過(guò)渡過(guò)程平穩(wěn)、效率高且從外部檢測(cè)不出來(lái)，在過(guò)渡過(guò)程中必須往輔助級(jí)和主級(jí)供應(yīng)足量的燃料，以防輔助級(jí)熄火，并使主級(jí)可以瞬時(shí)點(diǎn)火。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，應(yīng)把過(guò)渡點(diǎn)設(shè)在能滿足這些要求的盡可能高的燃料空氣比(F/A)。另一方面，過(guò)渡F/A選得過(guò)高可能會(huì)使熱區(qū)元件的使用壽命因分級(jí)燃燒期間輔助級(jí)所產(chǎn)生的峰值外部溫度分布而縮短。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，分級(jí)與不分級(jí)燃燒之間的過(guò)渡點(diǎn)應(yīng)設(shè)在盡可能最低的總F/A處。因此，得出的過(guò)渡點(diǎn)兼顧了這兩個(gè)極端。在迄今所使用系統(tǒng)的情況下，最佳過(guò)渡點(diǎn)低于30%進(jìn)場(chǎng)功率點(diǎn)。這使30%進(jìn)場(chǎng)推力處的總?cè)剂峡諝獗刃∮谝笾怠?br> 現(xiàn)行兩歧管雙環(huán)形燃料供給系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是還沒(méi)有一種能在起動(dòng)的瞬變過(guò)程給主級(jí)供應(yīng)燃料而無(wú)需使輔助級(jí)熄火的實(shí)用方法。熄火是指燃料少得不足以維持給定空氣量下的燃燒。最好在起動(dòng)瞬變過(guò)程給主級(jí)供應(yīng)燃料，因?yàn)檫@樣不僅可以減少輔助級(jí)外部出口的峰值溫度分布，而且可以減少慢車的總時(shí)間。在起動(dòng)過(guò)程中的最低燃料流量水平與穹艙的空氣流量不相適應(yīng)，因而得出的F/A都不夠高以維持輔助級(jí)中的燃燒并在主級(jí)中引燃燒料。
再回頭看圖4。曲線52表示普通雙環(huán)形燃燒室在系統(tǒng)分級(jí)運(yùn)行期間的輔助級(jí)。在穩(wěn)態(tài)分級(jí)運(yùn)行期間，雙環(huán)形燃燒至在曲線52處排出的HC和CO量比單環(huán)形燃燒室在曲線50處表示的HC和CO排出量小。此外，雙環(huán)形燃燒室在小于15%推力級(jí)下提供的P&P(流譜和分布溫度系統(tǒng))比單環(huán)形燃燒室在小于15%推力級(jí)下提供的P&P高，因而不太理想。(P&P與最高溫度及其在燃燒室出口平面處所處的位置有關(guān)，因而與其附近各發(fā)動(dòng)機(jī)元件的使用壽命相關(guān)。)P&P相當(dāng)時(shí)，在45%至100%推力級(jí)下，用曲線58(輔助級(jí))和曲線60(主級(jí))表示的雙環(huán)形燃燒室，其所排放的NO和黑煙都比單環(huán)形燃燒室(曲線50)少。另外，在小于15%的推力級(jí)下，雙環(huán)形燃燒室的出口溫度分布和流譜系數(shù)比單環(huán)形燃燒室的高。
實(shí)踐證明，只有在15%至45%的推力級(jí)下，單環(huán)形燃燒室在降低HC和CO排放量方面才比一般的雙環(huán)形燃燒室優(yōu)越。一般雙環(huán)形系統(tǒng)在30%推力進(jìn)場(chǎng)位置以外的所有試驗(yàn)點(diǎn)下都比單環(huán)形設(shè)計(jì)有明顯的進(jìn)步。曲線56和54分別表示一般雙環(huán)形燃燒室在15%至45%推力級(jí)下的輔助級(jí)和主級(jí)。一般雙環(huán)形燃燒室排出HC和CO的量在該推力級(jí)下比單環(huán)形燃燒室(曲線50)的大。鑒于進(jìn)場(chǎng)推力是個(gè)重要的排氣額定值，因而HC和CO在此額定值下產(chǎn)量的增加對(duì)雙環(huán)形燃燒室排氣量的減少有不良的影響。
因此，需要有一個(gè)在30%推力位置下在烴和一氧化碳的排放方面有顯著改進(jìn)的雙環(huán)形燃料供給系統(tǒng)。此外還需要有這樣一個(gè)雙環(huán)形燃燒室，該燃燒室能在起動(dòng)至慢車瞬變過(guò)程供應(yīng)燃料而無(wú)需熄火，同時(shí)能使燃燒室的出口溫度分布和流譜系數(shù)令人滿意，從而縮短起動(dòng)至慢車功率的時(shí)間。另外還需要使燃燒室在燃料流量低時(shí)在起動(dòng)和慢車瞬變過(guò)程中能部分加以分級(jí)以改善燃燒室出口的溫度分布，同時(shí)只有一旦達(dá)到慢車轉(zhuǎn)速時(shí)才回到輔助運(yùn)行過(guò)程，從而達(dá)到減少HC和CO排放量的目的。
因此，本發(fā)明有下列幾個(gè)主要目的提供雙環(huán)形燃燒室的一種燃料供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在30%推力進(jìn)場(chǎng)位置下大大減少HC和CO的排氣量;在瞬時(shí)加速過(guò)程中改進(jìn)燃燒室出口溫度的P&P;縮短發(fā)動(dòng)機(jī)加速所需要的時(shí)間;提供由一個(gè)簡(jiǎn)單的三位置閥控制的燃料系統(tǒng)。
本發(fā)明的上述和其它重要目的和優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)這樣一種雙環(huán)形燃燒室燃料供給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)有一個(gè)三位置分級(jí)閥與一個(gè)流體力學(xué)裝置(HMU)和一個(gè)FADEC相連接。FADEC用HMU控制著分級(jí)閥的打開(kāi)和關(guān)閉。
分級(jí)閥在分級(jí)位置關(guān)閉時(shí)，燃料只能供應(yīng)給輔助歧管。但分級(jí)閥處在部分分級(jí)位置時(shí)，燃料就可以供給到輔助歧管和第一主歧管中。分級(jí)閥處在不分級(jí)位置時(shí)，燃料可以供給到輔助歧管、第一主級(jí)歧管和第二主級(jí)歧管中。輔助歧管與燃燒室輔助穹艙中的所有燃料箱連接，第一主級(jí)歧管與燃燒室主穹艙中的半數(shù)燃料箱連接，第二主級(jí)歧管則與燃燒室主穹艙中其余半數(shù)的燃料箱連接。
FADEC用測(cè)出的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算實(shí)時(shí)的燃料空氣比，并將結(jié)果值與要求的F/A值比較，以此來(lái)控制分級(jí)閥在穩(wěn)態(tài)和瞬變工作過(guò)程中的切換，即分級(jí)閥存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中的位置計(jì)劃進(jìn)程。
結(jié)合各附圖參閱下面的詳細(xì)說(shuō)明即可更好地理解各附圖及其附帶的各種優(yōu)點(diǎn)。
圖1是一例雙環(huán)形燃燒室組件的示意圖。
圖2是沿圖1的A-A線截取的部分剖視前視示意圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)雙燃料供給系統(tǒng)的示意圖。
圖4是曲線圖，它比較了現(xiàn)有技術(shù)單環(huán)形燃燒室和現(xiàn)有技術(shù)雙環(huán)形燃燒室在降低排氣污染程度方面的效能。
圖5是本發(fā)明燃料供給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。
圖6的曲線說(shuō)明了本發(fā)明的分級(jí)閥在分配各種推力級(jí)下所要求的穩(wěn)態(tài)燃料空氣比時(shí)的控制程度。
圖7的曲線說(shuō)明了本發(fā)明的輔助級(jí)燃料噴嘴為起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的燃料流率。
圖8的曲線說(shuō)明了各種發(fā)動(dòng)機(jī)性能水平下為達(dá)到本發(fā)明所需穹艙流的分流而要求的輔助級(jí)和主級(jí)燃料噴嘴計(jì)劃圖，圖8與圖7要結(jié)合使用。
圖9是本發(fā)明燃料歧管和噴嘴組件的橫截面正視示意圖。
圖10是本發(fā)明燃料供給系統(tǒng)燃料噴嘴/燃料歧管連接布局的示意圖。
圖11圖解說(shuō)明本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)單環(huán)形和雙環(huán)形燃燒室的基礎(chǔ)上在排氣污染程度方面所作的改進(jìn)。
參看各附圖時(shí)，應(yīng)該理解，整個(gè)相應(yīng)附圖中同樣或相應(yīng)的各部件都用同樣的編號(hào)表示。
參看圖5，這是本發(fā)明燃料供給系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖。HMU(流體動(dòng)力學(xué)裝置)62與流量計(jì)64連接，流量計(jì)64與三位置分級(jí)閥66連接。分級(jí)閥66與第一主級(jí)歧管68、第二主級(jí)歧管70連接，還與輔助級(jí)歧管72連接。連接線69將分級(jí)閥66與FADEC74電連接。FADEC74接收來(lái)自流量計(jì)64的燃料流量(Wf)數(shù)據(jù)。同樣，F(xiàn)ADEC74還接收壓氣機(jī)出口壓力(Ps)數(shù)據(jù)、壓氣機(jī)出口溫度(T3)數(shù)據(jù)和核心發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(N2)數(shù)據(jù)。FADEC74與HMU62接口，兩者一起控制供給到燃燒室的燃料。
圖6的曲線比較了分級(jí)閥66在分級(jí)、部分分級(jí)和不分級(jí)的各位置上的穩(wěn)態(tài)燃料空氣比水平。FADEC74根據(jù)P3、T3和Wf各數(shù)據(jù)計(jì)算F/A比。在此燃料空氣比計(jì)算值的基礎(chǔ)上，根據(jù)F/A比對(duì)閥位的穩(wěn)態(tài)或瞬變過(guò)程設(shè)定分級(jí)閥66的閥位。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是指在特定飛行調(diào)定值下的運(yùn)行，例如在0.8馬赫數(shù)下在35，000英尺(35K)，即10668米，上空巡航。相對(duì)地說(shuō)，瞬變運(yùn)行是指各運(yùn)行狀態(tài)之間的加速或減速。
再參看圖6，點(diǎn)75表示7%推力的慢車位置。在7%推力慢車位置時(shí)，閥66處于分級(jí)或關(guān)閉位置，阻止燃料到達(dá)歧管68和70。點(diǎn)76表示30%推力的進(jìn)場(chǎng)位置，這時(shí)閥66處于部分分級(jí)或打開(kāi)的狀態(tài)，燃料可流到歧管68，但不能流到歧管70。
點(diǎn)78表示巡航位置，點(diǎn)80表示在85%推力的爬升位置，點(diǎn)82則表示在100%推力的起飛位置。在點(diǎn)78、80和82工作時(shí)，閥66處于不分級(jí)或打開(kāi)位置，燃料可以供給到歧管68和歧管70中。從圖5可以知道，每當(dāng)歧管68和70接收燃料時(shí)，輔助歧管72也接收燃料。
圖7是示輔助級(jí)燃料噴嘴所要求的作為在低燃料流量/發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工作狀態(tài)下燃料噴嘴△P的函數(shù)的燃料總流量計(jì)劃。燃料噴嘴△P(磅/平方英寸)是指噴嘴入口配件20A與位于31A處的穹艙靜壓力之間的壓差。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，所有經(jīng)過(guò)計(jì)量的燃料流量通過(guò)輔助級(jí)噴嘴的主回路注入輔助穹艙杯中。曲線上的點(diǎn)84是本發(fā)明的FADEC74和HMU62為起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要給輔助歧管72提供的燃料最小流率。在點(diǎn)84，燃料在4.0FNTIP流量值(噴口尖端的流量值)下以580磅，即263公斤燃料/小時(shí)的流率供應(yīng)。流量值通過(guò)計(jì)算燃料流率、再將燃料流率除以噴嘴尖端噴口上壓降的平方根確定。點(diǎn)84所在的線85，其長(zhǎng)度方向上每一個(gè)點(diǎn)的流量值為4.0，4.0為主回路在燃料噴嘴26尖端口的流量值。
圖8是燃料在輔助級(jí)和主級(jí)燃料噴嘴、作為噴嘴△P(磅/平方英寸)的函數(shù)的流量計(jì)劃。各噴嘴具有獨(dú)立的主流動(dòng)回路和輔助流動(dòng)回路。主回路是專門供起動(dòng)和小流量運(yùn)行用的，輔助回路則是在高的燃料流量運(yùn)行過(guò)程中使用的。各主級(jí)和輔助級(jí)噴嘴的輔助回路有一個(gè)分流閥，該閥使回路不致在噴嘴的△P低于270psi，即190×102公斤/米2下流動(dòng)?！鱌壓力大于270psi，即190×102公斤/米2時(shí)，燃料在各噴嘴的流動(dòng)狀態(tài)是原流(primary flow)和第二股環(huán)流(secondary circuit flow)兩者的結(jié)合。壓力低于270psi，即190×102公斤/米2時(shí)，各噴嘴的燃料流動(dòng)狀態(tài)是地道的原流。主級(jí)燃料噴嘴和輔助級(jí)原流尖端口的設(shè)計(jì)氣流馬赫數(shù)分別為6.58和4.0。在本發(fā)明中，重要的一點(diǎn)是不應(yīng)忘記ECU控制著供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料量，并通過(guò)分級(jí)閥的位置將燃料引到燃燒室的輔助級(jí)和主級(jí)。燃料噴嘴的作用是將所提供的燃料流量分配給燃料室。
進(jìn)一步參看圖8，點(diǎn)94是有燃料流動(dòng)的主級(jí)噴嘴在15%功率級(jí)和部分分級(jí)的情況下的燃料流率(即第一主歧管68給主穹艙中的半數(shù)燃料杯提供燃料，第二主歧管70沒(méi)有收到任何燃料)。點(diǎn)96是與點(diǎn)94相同的工作點(diǎn)，但表示在輔助級(jí)的燃料流率。
點(diǎn)98是輔助級(jí)在7%功率級(jí)的燃料流率。主級(jí)線上沒(méi)有相應(yīng)的點(diǎn)，因?yàn)槿紵以?%功率級(jí)下完全分級(jí)(即只有輔助穹艙杯點(diǎn)燃)。線85上的點(diǎn)100和虛線90上的點(diǎn)102表示在30%功率級(jí)下在海平面(SL)的工作點(diǎn)(進(jìn)場(chǎng)調(diào)定值)，也表示在35，000英尺，即10668米高度和0.8馬赫數(shù)下巡航的工作點(diǎn)。在點(diǎn)100和102發(fā)生部分分級(jí)。因此，點(diǎn)102表示有燃料流動(dòng)的主級(jí)噴嘴在30%海平面推力下的燃料流率。點(diǎn)104和106表示沒(méi)有分級(jí)出現(xiàn)(即三個(gè)歧管全都供應(yīng)燃料)時(shí)在海平面的85%功率級(jí)工作點(diǎn)。點(diǎn)108表示在海平面的全不分級(jí)的100%功率級(jí)。
參看圖9，本發(fā)明的輔助級(jí)112位于主級(jí)114徑向外，穹艙中心體116(相當(dāng)于圖1的穹艙中心體34)將主級(jí)與輔助級(jí)分隔開(kāi)。主級(jí)114配備有多個(gè)燃料杯位置120，這些位置在裝有5個(gè)燃料杯的杯組124供應(yīng)燃料。第一主級(jí)歧管68(圖5)與15個(gè)燃料杯位置120連接，第二主級(jí)歧管70與另外15個(gè)燃料杯位置120連接。
輔助級(jí)112有30個(gè)燃料杯位置122位于主燃料杯位置114徑向外。各燃料杯位置122與輔助歧管72連接(圖5)。再參看圖9，穹艙中心體116上設(shè)有交叉點(diǎn)火(crossfire)孔(圖9中示出了其中三個(gè))，這樣就可以從輔助級(jí)對(duì)主級(jí)進(jìn)行點(diǎn)火。各交叉點(diǎn)火孔與那些通常在主級(jí)部分分級(jí)期間供以燃料的主級(jí)燃料噴嘴組密切配合。最好有小量的交叉點(diǎn)火孔，因?yàn)檫@樣就可以簡(jiǎn)化中心體116的結(jié)構(gòu)，減少燃料從輔助穹艙到主穹艙的漏泄，從而減少(尤其是只有輔助級(jí)加燃料時(shí))未經(jīng)燃燒的烴和CO排出的量。
參看圖10，安裝凸緣130A與圖1中所示的入口20A和20B之類的燃料噴管入口連接。各安裝緣固定在圍繞著燃燒室的機(jī)匣(例如圖1的機(jī)匣12)上。所有噴管入口20A經(jīng)撓性接頭140A與輔助級(jí)歧管72連接。入口連接件20B分成三組，每組5個(gè)，交替地經(jīng)各撓性接頭140B和140C與主級(jí)歧管68和70連接。按照本發(fā)明，第一主級(jí)歧管68連接有15個(gè)小管(piglettubes)，第二主級(jí)歧管70連接有15個(gè)小管。第一主級(jí)歧管68、第二主級(jí)歧管70和輔助級(jí)歧管72都與多個(gè)燃料總管連接，例如圖1所示，將燃料提供給圖9所示的各燃料噴嘴位置的燃料總管18。
主穹艙(例如穹艙24)內(nèi)的燃料杯集結(jié)成幾個(gè)組，每組5個(gè)，每一個(gè)由5個(gè)鄰接的燃料杯組成的杯組124，由第一主歧管68供料或由第二主歧管70供料。因此，各噴嘴(例如圖1的噴嘴19)既與輔助歧管72連接，也與歧管70或歧管68連接。第一和第二主歧管都不與同一個(gè)噴嘴連接。
參看圖11，圖中的曲線與圖4的類似，縱軸線表示穹艙離心式噴嘴的Φ比，橫軸線表示推力級(jí)百分比。舉例說(shuō)，確定本發(fā)明穹艙離心式噴嘴比值的化學(xué)計(jì)算的燃料組分比約為0.069。圖11中，曲線150表示本發(fā)明的雙環(huán)形燃燒室在15%至35%推力級(jí)下工作時(shí)的輔助級(jí)，曲線152表示已點(diǎn)火的各燃料杯在同樣的推動(dòng)時(shí)間在主級(jí)工作時(shí)的局部的離心式噴嘴Φ比值。本發(fā)明將雙環(huán)形燃燒室的HC和CO排氣污染程度改善到接近與單環(huán)形燃燒室在30%推位置工作時(shí)同樣的水平。
按照本發(fā)明，可以只用輔助級(jí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)?，本發(fā)明有兩個(gè)主歧管而不是只有一個(gè)主歧管，這樣就可以在起動(dòng)瞬變過(guò)程中部分供應(yīng)主級(jí)的燃料。此外，由于主穹艙和輔助穹艙在部分分級(jí)期間都在燃燒，因此燃燒室的溫度分布圖中的不對(duì)稱情況較少，慢車時(shí)間也減少了。
在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)中，要發(fā)動(dòng)機(jī)從起動(dòng)進(jìn)入慢車轉(zhuǎn)速，是在輔助級(jí)下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，而且燃料的供應(yīng)一直增加到輔助級(jí)，一直達(dá)到慢車轉(zhuǎn)速為止。從起動(dòng)進(jìn)入慢車的過(guò)程中，主穹艙中沒(méi)有燃燒發(fā)生，這是因?yàn)?，在慢車所需要的較低的燃料流量級(jí)下，燃料空氣比太小，不足以支持燃燒。這是因?yàn)椋F(xiàn)有技術(shù)雙環(huán)形燃燒室在慢車工作點(diǎn)的燃料流率太小，因而如果將燃料分配在輔助穹艙與主穹艙的所有燃料杯之間就不足以支持燃燒的正常進(jìn)行。因此，為達(dá)到慢車點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)的雙環(huán)形燃燒室只在輔助級(jí)燃燒，因而燃燒室的溫度分布圖很不對(duì)稱得。由此而引起的高溫可能會(huì)在起動(dòng)的瞬變過(guò)程中損壞下游的渦輪設(shè)備。
上面說(shuō)過(guò)，本發(fā)明利用部分分級(jí)從起動(dòng)加速到慢車。這需要將燃料流率從580磅，即263公斤燃料/小時(shí)增加到大約1700磅，即771公斤燃料/小時(shí)。上面說(shuō)過(guò)，發(fā)動(dòng)機(jī)是只用輔助級(jí)起動(dòng)的。于是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)從起動(dòng)進(jìn)入慢車位置時(shí)，輔助級(jí)中的所有燃料箱都進(jìn)入部分分級(jí)狀態(tài)，這時(shí)主級(jí)中的燃料箱有半數(shù)點(diǎn)燃起來(lái)。因此，本發(fā)明提供的燃料空氣比在起動(dòng)瞬變過(guò)程中足以支持燃燒，同時(shí)改善了溫度分布。達(dá)到穩(wěn)態(tài)慢車時(shí)，分級(jí)閥將所有的燃料都轉(zhuǎn)入輔助級(jí)中，以便進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的低排氣量運(yùn)行。
本發(fā)明通過(guò)采用HMU62、FADEC74和控制閥66控制燃料的流量，從而可以給第一主歧管68、第二主歧管70和輔助歧管72提供所要求的燃料量。HMU62中的液壓回路(圖中未示出)用以實(shí)際控制控制閥66的閥位，從而使燃燒室能在分級(jí)、半分級(jí)或不分級(jí)的工作狀態(tài)下工作。FADEC74控制HMU62的工作是在其配備有存儲(chǔ)器和計(jì)算裝置的情況下進(jìn)行的，該存儲(chǔ)器和計(jì)算裝置用以使燃料的流率達(dá)到最理想的情況，并計(jì)算達(dá)到所要求的水平所需要的燃料空氣比。
本發(fā)明經(jīng)改進(jìn)的燃料供給系統(tǒng)簡(jiǎn)化了分級(jí)閥66的控制過(guò)程，因?yàn)榭刂戚o助穹艙和主穹艙的分流時(shí)，分級(jí)閥66無(wú)需對(duì)全區(qū)進(jìn)行調(diào)節(jié)。之所以能達(dá)到這個(gè)目的是因?yàn)槿恢梅旨?jí)閥66是由FADEC74控制的，而FADEC74則是經(jīng)過(guò)編程，使其適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作所要求的每一個(gè)推力級(jí)的最佳燃料空氣比。
閥位一經(jīng)調(diào)定，輔助穹艙與主穹艙之間的分流就由圖8中所示的狀態(tài)圖控制，該狀態(tài)圖構(gòu)成存儲(chǔ)器FADEC74的一部分。燃料噴嘴(例如噴咀入口20A和20B)將燃料流分配在輔助穹艙與主穹艙之間。本技術(shù)領(lǐng)域中的行家們都知道，可以設(shè)計(jì)和提供各燃料噴嘴以實(shí)現(xiàn)圖7和圖8中所示的分流。
此外，本發(fā)明的三位置分級(jí)閥66要比現(xiàn)有技術(shù)的全調(diào)閥簡(jiǎn)單得多。分級(jí)閥66中有電磁閥和開(kāi)關(guān)，因而無(wú)需笨重的機(jī)械設(shè)備。相形之下，現(xiàn)有技術(shù)的閥門一般采用線性速度位移傳感器(LVDT)反饋到與轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)裝置相連接的電子控制裝置。
分級(jí)閥66與FADEC74相互聯(lián)系，因而將其控制以提供最佳的燃料/空氣比，從而使燃油供應(yīng)的調(diào)節(jié)和分配達(dá)到規(guī)定的要求，同時(shí)降低排氣污染程度，達(dá)到最佳狀態(tài)，而且全面提高了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作性能和使用壽命。
以上的詳細(xì)說(shuō)明旨在舉例說(shuō)明而已，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。根據(jù)上述教導(dǎo)是可以對(duì)上面的實(shí)施例進(jìn)行種種更改和修改的。因此，不言而喻，本發(fā)明可按本說(shuō)明具體所述以外的方式實(shí)施，但仍然屬于所附權(quán)利要求書(shū)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種供燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)用的具有輔助級(jí)和主級(jí)雙環(huán)形燃燒室的燃料供給系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)輔助級(jí)歧管，用以給輔助級(jí)提供燃料；一個(gè)第一主級(jí)歧管，用以給主級(jí)提供燃料；一個(gè)第二主級(jí)歧管，用以給主級(jí)提供燃料；一個(gè)控制閥，與各所述輔助級(jí)歧管、所述第一主級(jí)歧管和所述第二主級(jí)歧管連接，用以控制輸送到各所述歧管的燃料流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中它還包括閥門控制裝置，用以使所述控制閥在分級(jí)位置工作，在部分分級(jí)的位置工作，和在不分級(jí)的位置工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述閥門控制裝置是個(gè)流體動(dòng)力學(xué)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中它還包括電子控制裝置，與所述閥門控制裝置連接，用以根據(jù)分級(jí)閥燃料空氣比控制計(jì)劃控制輸送到所述輔助歧管、所述第一主歧管和所述第二主歧管的燃料流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述電子控制裝置是個(gè)燃料/空氣數(shù)字電子控制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中它還包括多個(gè)燃料箱位置，與輔助級(jí)連接;所述第一半數(shù)燃料箱位置與所述第二半數(shù)燃料箱位置與主級(jí)相連接;且其中所述輔助歧管與所述多個(gè)與輔助級(jí)連接的燃料箱位置連接，所述第一主級(jí)歧管與接主級(jí)的所述第一半數(shù)的燃料箱各位置相連接，所述第二主級(jí)歧管則與連接主級(jí)的所述第二半數(shù)的燃料箱各位置相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第一半數(shù)燃料箱各位置由多個(gè)集結(jié)的燃料箱組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第二半數(shù)燃料箱各位置由多個(gè)集結(jié)的第二燃料箱組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中主級(jí)和輔助級(jí)都與一個(gè)中心體相連接，且為該中心體所分隔，所述中心體包括減少未經(jīng)燃燒的烴和CO排出量的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述排出量減少裝置的所述中心體上有三個(gè)交叉點(diǎn)火孔。
全文摘要
雙環(huán)形燃燒室的一種燃燒供給系統(tǒng)，有一個(gè)輔助級(jí)歧管，一個(gè)第一主級(jí)歧管，和一個(gè)第二主級(jí)歧管，三個(gè)歧管都與一個(gè)三位置分級(jí)閥相連接。分級(jí)閥由一個(gè)燃燒/空氣數(shù)字電子控制裝置(FADEC)控制，F(xiàn)ADEC則根據(jù)分級(jí)閥燃料/空氣比控制計(jì)劃控制分級(jí)閥，使其關(guān)閉(分級(jí))、部分打開(kāi)(部分分級(jí))或打開(kāi)(不分級(jí))。
文檔編號(hào)F23R3/28GK1069561SQ9210946
公開(kāi)日1993年3月3日 申請(qǐng)日期1992年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月12日
發(fā)明者P·D·納波里 申請(qǐng)人:通用電氣公司