本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，特別涉及加力燃燒室部分，具體涉及一種加力燃燒室噴嘴布局方法。

背景技術(shù)：

加力燃燒室設(shè)計(jì)中，燃油噴嘴布局的精細(xì)化程度，將直接影響加力燃燒室性能。在噴嘴布局設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的方法是按特征截面流通面積近似劃分，不能考慮內(nèi)外涵兩股氣流混合后的氧氣流量分布。對(duì)于混合進(jìn)氣加力燃燒室，內(nèi)外涵氣流混合程度大，兩股氣流速度、密度、氧氣濃度等反映氧氣流量的關(guān)鍵參數(shù)都發(fā)生了較大變化(見圖2)，如果采用傳統(tǒng)的面積率法進(jìn)行噴嘴布局設(shè)計(jì)，只能近似為均勻氣流，將使得加力噴嘴布局與實(shí)際氧氣流量分布不匹配，將會(huì)帶來較大的誤差，影響加力燃燒室性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于混合進(jìn)氣加力燃燒室，可根據(jù)復(fù)雜流場(chǎng)的氧氣分布，精細(xì)化確定燃油噴嘴布局的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種加力燃燒室噴嘴布局方法，包括如下步驟：

步驟一：模擬混合進(jìn)氣加力燃燒室，將外內(nèi)涵兩股氣流摻混并賦予混合氣流流場(chǎng)特性；

步驟二：沿加力燃燒室軸向方向?qū)⒃摷恿θ紵覄澐譃槿舾傻染嘟孛妫?jì)算每一截面混合氣流中的氧氣密流值；

步驟三：將步驟二中獲得的每一截面轉(zhuǎn)換為矩形截面，同時(shí)每一矩形截面繼承所對(duì)應(yīng)的步驟二中截面的氧氣密流特性；

步驟四：將每一矩形截面劃分成密度相同的網(wǎng)格，計(jì)算每一矩形截面中的每一個(gè)徑向節(jié)點(diǎn)所處的邊界與初始邊界所形成的矩形區(qū)域的氧氣密流通量占該矩形截面的總氧氣密流通量的百分比，定義為gk值；

步驟五：根據(jù)加力燃燒室設(shè)計(jì)規(guī)范確定該加力燃燒室徑向所需布置的噴嘴數(shù)量n和隔離冷卻氣流的徑向結(jié)構(gòu)位置處gk值，稱其為gka值，將gk值按0～gka的范圍等分為2n份，求出每份gk值所對(duì)應(yīng)的矩形截面徑向節(jié)點(diǎn)數(shù)值，將每個(gè)矩形截面等分出的相同gk值所對(duì)應(yīng)的徑向節(jié)點(diǎn)所處的邊界相連，得到加力燃燒室噴嘴布置截面的氧氣密流流線；

步驟六：在步驟五得到的氧氣密流流線的基礎(chǔ)上，挑選間隔的氧氣密流流線與噴桿中心線的交點(diǎn)確定噴嘴位置。

優(yōu)選地是，所述氧氣密流值由混合氣流密度、混合氣流速度以及氧氣濃度三者相乘獲得。

本發(fā)明所提供的一種加力燃燒室噴嘴布局方法的有益效果在于，采用氧氣流量法得到的燃油噴嘴局部，可使燃油和參與燃燒的氧氣精細(xì)匹配，均勻預(yù)混，有利于提高加力燃燒效率，提高了加力燃燒室設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)精度，同時(shí)該方法可推廣至其它復(fù)雜進(jìn)口流場(chǎng)的燃燒室布油設(shè)計(jì)當(dāng)中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明加力燃燒室噴嘴布局方法的步驟說明圖；

圖2為現(xiàn)有混合進(jìn)氣加力燃燒室供油截面流場(chǎng)復(fù)雜情況示意圖；

圖3為本發(fā)明加力燃燒室噴嘴布局方法的流程圖a；

圖4為本發(fā)明加力燃燒室噴嘴布局方法的流程圖b。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面結(jié)合圖3和圖4對(duì)本發(fā)明的加力燃燒室噴嘴布局方法做詳細(xì)說明。

本發(fā)明的適用于混合進(jìn)氣加力燃燒室，復(fù)雜流場(chǎng)的燃油噴嘴布局方法，主要包括五個(gè)環(huán)節(jié)：流場(chǎng)模擬、特征截面密流特性計(jì)算、賦值運(yùn)算、流線劃分、噴嘴布局，具體按照六個(gè)步驟操作，操作步驟見圖1。

步驟一，采用商用流場(chǎng)軟件或自編程序，模擬混合進(jìn)氣加力燃燒室，將外內(nèi)涵兩股氣流摻混并賦予混合氣流流場(chǎng)特性。

步驟二，沿加力燃燒室軸向方向?qū)⒓恿θ紵覄澐譃槿舾傻染嘟孛妫摧S向坐標(biāo)等于常數(shù)的截面，每一截面的流場(chǎng)特性，需包含混合氣流密度、混合氣流速度、氧氣濃度分布特性，然后再計(jì)算每一截面混合氣流中的氧氣密流值，采用將混合氣流密度、混合氣流速度、氧氣濃度三者相乘獲得。

以上兩步為流場(chǎng)模擬和特征截面密流特性計(jì)算。

步驟三，接著將步驟二中獲得的每一截面轉(zhuǎn)換為矩形截面(見圖3中第一、二幅圖)，即通過極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，同時(shí)每一矩形截面繼承原有截面的氧氣密流特性，將每一個(gè)截面轉(zhuǎn)換為矩形截面的目的，是為了更方便地對(duì)該截面按氧氣密流通量進(jìn)行等分。

步驟四，將每一矩形截面劃分成密度相同的網(wǎng)格，見圖3中第三、四幅圖，計(jì)算每一矩形截面中的每一個(gè)徑向節(jié)點(diǎn)(圖4左側(cè)視圖中的y方向i坐標(biāo))所處的邊界(即圖4左側(cè)視圖中平行z坐標(biāo)的黑實(shí)線gki)與初始邊界(0)所形成的矩形區(qū)域(即圖4左側(cè)視圖中的陰影區(qū)域)中的氧氣密流通量占該矩形截面的總氧氣密流通量的百分比，定義為gk值。

以上兩步為賦值運(yùn)算，下面介紹流線劃分。

步驟五，在流線劃分之前，需根據(jù)加力燃燒室設(shè)計(jì)規(guī)范確定該加力燃燒室徑向所需布置的噴嘴數(shù)量n和隔離冷卻氣流的徑向結(jié)構(gòu)位置處gk值，稱其為gka值，gka一般選取小于gk值，以預(yù)留其它功用的流量數(shù)值(見圖4左側(cè)視圖，將總的gk值設(shè)定為1，gka小于1)。

將gk值按0～gka的范圍等分為2n份，以便于劃分區(qū)域中心，區(qū)域中心是為了確定噴嘴位置，求出每份分界點(diǎn)的gk值所對(duì)應(yīng)的矩形截面徑向節(jié)點(diǎn)數(shù)值(即圖4左側(cè)視圖坐標(biāo)系中橫坐標(biāo)yi值)。舉例如下：假定gka＝0.9、n＝8時(shí)，則每份分界點(diǎn)的gk值分別為：0.9、0.9*(15/16)、0.9*(14/16)、0.9*(13/16)……0.9*(1/16)、0，與gk值對(duì)應(yīng)的yi值(即圖4左視圖中y方向坐標(biāo)值)分別為y16、y15、y14、y13……y1、y0(其中y16、y1、y0已在圖4右側(cè)視圖中示出)。

接著將每個(gè)矩形截面等分出的相同gk值所對(duì)應(yīng)的徑向節(jié)點(diǎn)所處的邊界相連(即每一矩形截面中的黑實(shí)線gki相連，構(gòu)成一連續(xù)的曲面)，得到2n條加力燃燒室噴嘴布置截面的氧氣密流流線，即圖4右側(cè)視圖中的a標(biāo)記，需要說明的是該氧氣密流流線從加力燃燒室徑向看為曲線，軸向看為曲面。

步驟六則為噴嘴布局，在步驟五得到的2n條氧氣密流流線的基礎(chǔ)上，挑選間隔的n條氧氣密流流線與噴桿中心線的交點(diǎn)確定噴嘴位置，n條挑選的氧氣密流流線與噴嘴數(shù)量n個(gè)相對(duì)應(yīng)，代表2n個(gè)氧氣密流流線區(qū)域中心的氧氣密流流線，詳見圖4右側(cè)視圖中標(biāo)記a曲線(挑選的氧氣密流流線)與標(biāo)記b曲線(噴桿中心線)的交點(diǎn)圓圈位置即為噴嘴位置，標(biāo)記c曲線為未被挑選的氧氣密流流線。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種加力燃燒室噴嘴布局方法，流場(chǎng)模擬得到若干等距的軸向坐標(biāo)為常數(shù)的截面；計(jì)算每一截面氣流中的氧氣密流值；將每一截面轉(zhuǎn)換為矩形截面，并繼承原有密流特性；計(jì)算每一截面的每一徑向節(jié)點(diǎn)與初始邊界形成的矩形區(qū)域中的密流通量占總密流通量的百分比GK；根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，確定徑向所需的噴嘴數(shù)量n和隔離冷卻氣流的徑向結(jié)構(gòu)位置處GK值GKa；將GK值按0～GKa的范圍等分為2n份，求出每份分界點(diǎn)的GK值所對(duì)應(yīng)的徑向坐標(biāo)；將每個(gè)截面等分出的相同GK值所對(duì)應(yīng)的徑向位置相連，得到氧氣密流流線；挑選間隔的氧氣密流流線與噴桿中心線的交點(diǎn)確定噴嘴位置。本發(fā)明所提供的方法，可使燃油和參與燃燒的氧氣精細(xì)匹配，均勻預(yù)混，有利于提高加力燃燒效率。

技術(shù)研發(fā)人員：徐興平;朱健;張孝春;李江寧;高家春;劉濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.21
技術(shù)公布日：2017.08.25