一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器及工作方法与流程

1.本技术涉及小尺寸液体亚燃冲压发动机燃烧室设计技术领域，特别涉及一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器及工作方法。


背景技术：

2.随着世界各国都在追逐先进超音速作战武器，超音速、高超音速飞行器的动力系统地位越来越被看中。超声速导弹、飞行器的迅速发展也对军队的作战训练模拟提出了更高的要求，超声速巡航、空地导弹、靶弹将成为国防建设重点项目，但目前国内的小尺寸的超声速动力系统还十分欠缺，与亚音速动力涡喷发动机不同，超音速装备动力系统主要是冲压发动机和加力涡喷发动机，不论是冲压发动机的燃烧室，还是加力燃烧室都面临在高空、高速、低温环境下，进口气流速度高、热容强度大，组织燃烧困难等问题，特别是小尺寸液体亚燃冲压发动机高空点火、火焰稳定燃烧更加困难且燃烧效率低等问题更加突出。
3.采用高性能火焰稳定器和先进的供油方式是解决小尺寸超音速动力面临问题的关键因素，传统的旁置火焰凹腔稳定器以及壁面直接喷注的气动供油方式，在高速、低温的来流环境下，受结构尺寸和形状的影响，旁置凹腔稳定器自身稳定性降低、火焰传播能力变弱；同时直射式喷嘴的燃油喷注形式，喷射速度较低、雾化性能很差，并不能在旁置凹腔内形成雾化性能很好和分布良好易于点火的油气混合物，高空点火成功率并不高。
4.传统的旁置凹腔火焰稳定器的这些特点并不能很好的解决液体亚燃冲压发动机高空点火和火焰稳定燃烧的问题，这都与超音速武器装备追求的高空、高速指标相矛盾，使得小尺寸超音速动力的工作包线变窄。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器及工作方法，可用于解决液体亚燃冲压发动机高空点火和火焰稳定燃烧的问题。
6.第一方面，本技术提供一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，所述稳定器包括：
7.圆锥体(1)、径向稳定器(2)、圆锥体后端面(301)、后置腔前端面(302)、支撑管(303)、环形挡板(304)、安装孔(305)、进气孔(306)、后置腔后端面(4)、离心喷嘴(5)、分支燃油管(6)、连接通道(8)；圆锥体(1)中心设置有贯穿圆锥体(1)的连接通道(8)，头部为圆锥形状，底部为后置腔后端面(4)；
8.所述圆锥体后端面(301)通过支撑管(303)与后置腔前端面(302)固定连接，形成环形中心凹腔(3)；所述圆锥体(1)表面设置有多个均匀分布径向稳定器(2)，形成中心燃烧火焰稳定器；
9.所述后置腔前端面(302)上相邻两个径向稳定器(2)中间截面都设有周向均匀的安装孔(305)；
10.所述燃油管(9)从机匣(12)进入燃烧室，通过连接通道(8)穿过圆锥体(1)和支撑管(303)的内部直通后置腔(7)；燃油管(9)尾端与后置腔后端面(4)相连；所述燃油管(9)在
后置腔(7)内分散成多个分支燃油管(6)，所述每根分支燃油管(6)上都设置一个离心喷嘴(5)；
11.所述离心喷嘴(5)通过后置腔前端面(302)上均匀分布的安装孔(305)向环形中心凹腔(3)进行独立供油；
12.所述环形挡板(304)与后置腔前端面(302)相连，将离心喷嘴(5)紧紧限制在内部；
13.所述后置腔前端面(302)上周向均匀设置多个进气孔(306)，进气孔(306)位于径向稳定器(2)的正后方，进气孔(306)与径向稳定器(2)一一对应、数量相同。
14.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述圆锥体后端面(301)的半径r1大于后置腔前端面(302)的半径r2，第一半径差值δr1是第二半径差值δr2的1.5～2倍；其中，第一半径差值δr1为圆锥体后端面(301)的半径r1与支撑管(303)半径r3的差值；第二半径差值δr2为后置腔前端面(302)的半径r2与支撑管(303)半径r3的差值。
15.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，环形中心凹腔(3)的轴向长度l与圆锥体后端面(301)到后置腔前端面(302)的距离相同，环形中心凹腔(3)的轴向长度l大于第一半径差值δr1，环形中心凹腔(3)的轴向长度l是第一半径差值δr1的1.2～2.5倍。
16.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述后置腔前端面(302)上周向均匀分布多个安装孔(305)，每个安装孔(305)都在相邻两个径向稳定器(2)中间截面，且安装孔(305)数量与径向稳定器(2)的数量n相同，第三半径差值δr3为第二半径差值δr2的1/3～1/2倍，第三半径差值为所述安装孔(305)开孔位置所在分度圆的半径r4与支撑管(303)的半径r3的差值。
17.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，每个安装孔(305)中都分布一个离心喷嘴(5)，燃油通过燃油管(9)和n根分支燃油管(6)由离心喷嘴(5)对环形中心凹腔(3)进行供油，形成独立供油系统；
18.离心喷嘴(5)与径向稳定器(2)的数量n相同，所述离心喷嘴(5)，包括进油口(500)、外壳(501)、堵头(502)、涡流室进油孔(503)、涡流室(504)、旋块(505)和出油孔(506)，旋块(505)通过旋铆和堵头(502)铆接，形成一个只有涡流室进油孔(503)进油的封闭腔体，旋块(505)和外壳(501)旋铆。
19.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，在涡流室(504)最大直径处设置两个相切的涡流室进油孔(503)；
20.两个涡流室进油孔(503)的开孔方向平行；涡流室(504)夹角θ的范围为80
°
～100
°
，涡流室(504)的直径d
504
是出油孔(506)口径d
506
的6～8倍，涡流室进油孔(503)的口径d
503
和出油孔(506)口径d
506
相同，范围均为0.2～0.5mm。
21.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述环形挡板(304)呈圆形，轴向长度范围为3～5mm，环形挡板(304)半径r304减去安装孔(305)所在分度圆的半径r4和安装孔(305)半径r305的差值δr4范围为1～2mm。
22.结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，所述后置腔前端面(302)上周向均匀分布多个进气孔(306)，每个进气孔(306)都正对一个径向稳定器(2)，且进气孔(306)的数量与径向稳定器(2)数量n相同，进气孔(306)的孔径d
30
范围为2～4mm，进气孔(306)开孔位置所在分度圆的半径r5与进气孔(306)半径r
306
和支撑管(303)的半径r3的差值δr5范围为0.5～1.5mm。
23.第二方面，本技术提供一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器的工作方法，方法包括：
24.步骤1，稳定器点火前，首先通过燃油管,连接的离心喷嘴向环形中心凹腔供油用于点火起动，经离心喷嘴用于点火的燃油流量占燃烧室总供油量的5～8％；
25.步骤2，点火过程控制：离心喷嘴持续向环形中心凹腔供油2s后，采用高能点火器对环形中心凹腔两个径向稳定器中间离心喷嘴所在截面靠近圆锥体后端面处进行点火，点火成功后，快速提高离心喷嘴的供油量到燃烧室总供油量的10～15％，让发动机进入稳定自持状态；
26.步骤3，供油过程控制：根据需要逐渐提高离心喷嘴的供油量到燃烧室总供油量的20～25％，保持离心喷嘴一直处于工作状态，然后根据状态需要分别打开主流区次燃油管或者主燃油管，让主流区燃油被中心火焰稳定器快速引燃，使发动机进入大状态。
27.本技术和现有技术相比，具有如下优势：
28.(1)本发明采用圆锥体后端面、支撑管与后置腔前端面固连形成环形中心凹腔设计，相比于传统旁置凹腔，在相同阻塞比条件下环形中心凹腔的槽宽更大，在宽广的来流条件下，环形中心凹腔内形成驻定的旋涡结构，其形状、大小、位置几乎不受来流状态的影响，特别是在高空、高速、低温的来流环境下，环形中心凹腔中燃油驻留时间长、蒸发混合充分，点火后初始火核与周边冷气的对流热耗散程度弱，可以大大拓宽点火边界并提升燃烧稳定性。
29.(2)本发明对离心喷嘴的供油布局进行了优化匹配设计，相比于气动供油存在的“高空、低压、低雾化”的供油问题，周向上在相邻两个径向稳定器中间截面的后置腔前端面处，采用高雾化性能的离心喷嘴对环形中心凹腔进行后置独立供油与该处环形中心凹腔的稳定涡结构相匹配，可以不受工作状态的影响都能有比较好的雾化效果；相比于凹腔前置供油，采用凹腔后置供油，燃油进入环形中心凹腔后驻留时间延长，发动机起动后，环形中心凹腔的高温会对进入离心喷嘴的燃油进行预热，大幅提高了燃油的蒸发率；同时结合环形中心凹腔的结构特点和离心喷嘴的位置在后置腔前端面上设置凸起的环形挡板，离心喷嘴为环形中心凹腔提供高雾化性能的燃油时，环形挡板在径向上对离心喷嘴的喷射进行限制，使燃油不会直接流出环形中心凹腔，但在周向上不限制燃油喷射，从而完美匹配环形中心凹腔的构型和流场，使得环形中心凹腔内的燃油更加富集，提升高空、高速、低温环境下的点火稳定性。综上所述采用离心喷嘴对环形中心凹腔供油可以快速与新鲜空气雾化、掺混，迅速建立起易于点火的油气比和点火区，使环形中心凹腔的贫油点火油气比降低30％左右，大幅提高点火成功率，形成受外界干扰小、稳定的点火源，起到值班火焰的作用，大幅拓宽了小尺寸超音速动力火焰稳定器的工作包线。
30.(3)本技术采用圆锥体与径向稳定器固连的中心燃烧火焰稳定器，在每个径向稳定器后都布置一个进气孔，通过从后置腔前端面进气孔引气的方式，来弥补径向稳定器的强卷吸对环形中心凹腔涡结构的破坏作用，同时发挥径向稳定器对火焰的强扩散能力，径向稳定器可以将环形中心凹腔的物质和能量与主流区进行快速交换和传递，将中心凹腔内的火焰快速引燃整个燃烧室，这种中心组织燃烧的形式，可以大幅提高燃烧室的燃烧效率。
附图说明
31.图1为本发明高雾化性能中心燃烧火焰稳定器喷嘴所在截面总体剖面结构图；
32.图2为本发明离心喷嘴供油局部放大示意图；
33.图3为本发明离心喷嘴重要部件图；
34.图4为本发明高雾化性能中心燃烧火焰稳定器进气孔所在截面总体剖面结构图；
35.图5为本发明中心燃烧火焰稳定器的正视图；
36.图6为本发明中心燃烧火焰稳定器的后视图；
37.图7为本发明中心燃烧火焰稳定器环形中心凹腔结构刨示图；
38.图8为本发明中心燃烧火焰稳定器后置腔内部结构示意图；
39.图9为本发明中心燃烧火焰稳定器在发动机内的结构图；
40.图中附图标记为：1、圆锥体；2、径向稳定器；3、环形中心凹腔；301、圆锥体后端面；302、后置腔前端面；303、支撑管；304、环形挡板；305、安装孔；306、进气孔；4、后置腔后端面；5、离心喷嘴；500、进油口；501、外壳；502、堵头；503、涡流室进油孔；504、涡流室；505、旋块；506、出油孔；6、分支燃油管；7、后置腔；8、连接通道；9、燃油管；10、次燃油管；11、主燃油管；12、发动机机匣。
具体实施方式
41.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
42.下面首先结合图1对本技术实施例进行介绍。
43.请参考图1，其示例性示出了本技术实施例的结构示意图。
44.圆锥体1、径向稳定器2、圆锥体后端面301、后置腔前端面302、支撑管303、环形挡板304、安装孔305、进气孔306、后置腔后端面4、离心喷嘴5、分支燃油管6、连接通道8；
45.圆锥体1中心设置有贯穿圆锥体1的连接通道8，头部为圆锥形状，底部为后置腔后端面4，
46.所述圆锥体后端面301通过支撑管303与后置腔前端面302固定连接，形成环形中心凹腔3；所述圆锥体1表面设置有多个均匀分布径向稳定器2，形成中心燃烧火焰稳定器；所述后置腔前端面302上相邻两个径向稳定器2中间截面都设有周向均匀的安装孔305；
47.所述燃油管9从机匣12进入燃烧室，通过连接通道8穿过圆锥体1和支撑管303的内部直通后置腔7；燃油管9尾端与后置腔后端面4相连；所述燃油管9在后置腔7内分散成多个分支燃油管6，所述每根分支燃油管6上都设置一个离心喷嘴5；
48.所述离心喷嘴5通过后置腔前端面302上均匀分布的安装孔305向环形中心凹腔3进行独立供油；
49.所述环形挡板304与后置腔前端面302相连，将离心喷嘴5紧紧限制在内部；
50.所述后置腔前端面302上周向均匀设置多个进气孔306，进气孔306位于径向稳定器2的正后方，进气孔306与径向稳定器2一一对应、数量相同。
51.所述圆锥体后端面301的半径r1大于后置腔前端面302的半径r2，第一半径差值δr1是第二半径差值δr2的1.5～2倍；其中，第一半径差值δr1为圆锥体后端面301的半径r1与支撑管303半径r3的差值；第二半径差值δr2为后置腔前端面302的半径r2与支撑管303半
径r3的差值。
52.环形中心凹腔3的轴向长度l与圆锥体后端面301到后置腔前端面302的距离相同，环形中心凹腔3的轴向长度l大于第一半径差值δr1，环形中心凹腔3的轴向长度l是第一半径差值δr1的1.2～2.5倍。
53.所述后置腔前端面302上周向均匀分布多个安装孔305，每个安装孔305都在相邻两个径向稳定器2中间截面，且安装孔305数量与径向稳定器2的数量n相同。
54.第三半径差值δr3为第二半径差值δr2的1/3～1/2倍，第三半径差值为所述安装孔305开孔位置所在分度圆的半径r4与支撑管303的半径r3的差值。
55.每个安装孔305中都分布一个离心喷嘴5，燃油通过燃油管9和n根分支燃油管6由离心喷嘴5对环形中心凹腔3进行供油，形成独立供油系统，且离心喷嘴5与径向稳定器2的数量n相同。
56.所述离心喷嘴5，包括进油口500、外壳501、堵头502、涡流室进油孔503、涡流室504、旋块505和出油孔506；
57.旋块505通过旋铆和堵头502进行铆接，形成一个只有涡流室进油孔503进油的封闭腔体，旋块505再和外壳501进行旋铆，保证燃油通过进油口500进入离心喷嘴5后，只能通过涡流室进油孔503进入涡流室504内形成切向、高速旋流，燃油在高压下加速撞击、破碎、雾化后，从出油孔506喷出进入环形中心凹腔3进行雾化、掺混、蒸发和燃烧。
58.所述涡流室504的特征尺寸是影响离心喷嘴5雾化性能的重要影响因素，在涡流室504最大直径处设置两个相切的涡流室进油孔503，且两个涡流室进油孔503的开孔方向平行。
59.所述涡流室504夹角θ的范围为在80
°
～100
°
，涡流室504的直径d
504
是出油孔506口径d
506
的6～8倍，涡流室进油孔503的口径d
503
和出油孔506口径d
506
相同在0.2～0.5mm，燃油更容易雾化和破碎。
60.所述环形挡板304呈圆形，轴向长3～5mm，环形挡板304半径r304减去安装孔305所在分度圆的半径r4，和安装孔305半径r305的差值δr4范围为1～2mm，确保环形挡板304紧紧将全部离心喷嘴5圈在其内部，对离心喷嘴5喷出的燃油在径向上进行限制，燃油不会直接流出环形中心凹腔3，但在周向上不受限制，从而匹配环形中心凹腔构型和流场。
61.所述后置腔前端面302上周向均匀分布多个进气孔306，每个进气孔306都正对一个径向稳定器2，且进气孔306的数量与径向稳定器2数量n相同。
62.所述进气孔306的孔径d
30
范围为2～4mm，进气孔306开孔位置所在分度圆的半径r5与进气孔306半径r
306
和支撑管303的半径r3的差值δr5范围为0.5～1.5mm。
63.上述高雾化性能中心燃烧火焰稳定器的工作方法，包括以下步骤：
64.(1)稳定器点火前，首先通过燃油管9连接的离心喷嘴5向环形中心凹腔3供油用于点火起动，为保证雾化质量和点火成功率，让环形中心凹腔3内形成适于点火的油气比；一般情况下，用于点火的燃油流量占燃烧室总供油量的5～8％。
65.(2)点火过程控制，离心喷嘴5持续向环形中心凹腔3供油2s后，采用高能点火器对环形中心凹腔3两个径向稳定器2中间离心喷嘴5所在截面靠近圆锥体后端面301处进行点火，点火成功后，快速提高离心喷嘴5的供油量到燃烧室总供油量的10～15％，让发动机进入稳定自持状态；
66.(3)供油过程控制，根据需要逐渐提高离心喷嘴5的供油量，一般情况下离心喷嘴的供油量为燃烧室总供油量的20～25％，保持离心喷嘴5一直处于工作状态，然后根据状态需要分别打开主流区次燃油管10或者主燃油管11，使发动机进入大状态。
67.本技术，利用环形中心凹腔形成受外界干扰小的强回流区，离心喷嘴喷出的高雾化性能燃油在环形中心凹腔内掺混燃烧形成稳定点火源，起到值班火焰的作用，以解决现有小尺寸液体亚燃冲压发动机和加力燃烧室在高空、高速、低温环境下，点火和稳定燃烧困难以及燃烧效率低下等问题，大幅拓宽燃烧室的工作包线；采用中心燃烧火焰稳定器，通过径向稳定器对环形中心凹腔与主流区物质和能量进行快速交换和传递，大幅提高燃烧室的燃烧效率，为小尺寸、低成本、高性能的超声速飞行器提供动力系统
68.本技术一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器及其工作方法将圆锥体后端面通过支撑管与后置腔前端面固连形成一个环形中心凹腔，强的漩涡结构可以大幅提高油气的掺混和雾化能力；在相邻两个径向稳定器中间截面采用凹腔后置离心供油的方式，同时根据环形中心凹腔的旋涡结构特点在后置腔前端面布置环形挡板，当离心喷嘴通过均匀分布的安装孔向环形中心凹腔喷射高雾化性能的燃油时，可以完美匹配环形中心凹腔的构型和流场，形成稳定的点火源；在正对径向稳定器的后置腔前端面上开进气孔，来弥补径向稳定器的强卷吸对环形中心凹腔涡结构的破坏作用，同时发挥径向稳定器对火焰的强扩散能力，可以大幅提高燃烧室的燃烧效率。
69.具体如图1、图4、图5、图6和图9所示，在本实施例中，将圆锥体后端面301通过支撑管303与后置腔前端面302固连，形成一个环形中心凹腔3；将圆锥体1与多个均匀分布的径向稳定器2周向固连，形成中心燃烧火焰稳定器；在相邻两个径向稳定器2中间截面的后置腔前端面302处，采用高雾化性能的离心喷嘴5对环形中心凹腔3进行独立供油，同时结合环形中心凹腔3的结构特点和离心喷嘴5的位置在后置腔前端面302上设置凸起的环形挡板304，防止燃油直接流出环形中心凹腔3；在径向稳定器2所在截面后置腔前端面302上周向均匀分布数量与径向稳定器2数量相同的进气孔306。
70.当发动机工作时，首先对离心喷嘴5进行独立供油，气流进入圆锥体后端面301、支撑管303与后置腔前端面302固连形成的环形中心凹腔3，相比于传统旁置凹腔，在环形中心凹腔3内会形成卷吸能力很强的漩涡结构，可以大幅提高油气的掺混和雾化能力；采用高雾化性能的离心喷嘴5对环形中心凹腔3进行后置独立供油，在环形中心凹腔3强卷吸作用下，可以快速与新鲜空气雾化、掺混，迅速建立起易于点火的油气比和点火区。
71.对环形中心凹腔3进行点火，点火成功后根据发动机不同工作状态需要，可以有不同的供油方式，在小状态可以提高燃油管9的供油压力，只让离心喷嘴5工作就能满足发动机的供油需求；随着发动机状态增大，可以根据燃油需要开启主燃油管11或次燃油管10进行供油，也可以同时开启主燃油管11和次燃油管10对燃烧室进行供油，但不论哪种状态离心喷嘴5是一直保持对环形中心凹腔3进行供油；当气流和从主燃油管11或次燃油管10喷出的燃油流经圆锥体1与径向稳定器2固连的中心燃烧火焰稳定器时，径向稳定器2横截面结构呈v型槽有很好的火焰扩张能力，通过径向稳定器2可以将环形中心凹腔3内的火焰快速引燃整个燃烧室。
72.相比于传统旁置凹腔，采用圆锥体后端面301、支撑管303与后置腔前端面302固连形成环形中心凹腔3设计，在阻塞比相同的条件下环形中心凹腔3的槽宽更大，在宽广的来
流条件下，环形中心凹腔3能够形成驻定的涡结构，其形状、大小、位置几乎不受来流状态的影响，特别是在高空、高速、低温等极端来流环境下，环形中心凹腔3中燃油驻留时间长、蒸发混合充分，点火后初始火核与周边冷气的对流热耗散程度弱，可以大大拓宽点火边界并提升燃烧稳定性。
73.优选地，圆锥体后端面301的半径r1大于后置腔前端面302的半径r2，可以减少流动损失，确保小尺寸液体亚燃冲压发动机或者小尺寸加力燃烧室采用中心燃烧火焰稳定器也有较高的总压恢复系数；第一半径差值δr1是第二半径差值δr2的1.5～2倍，在保证中心火焰稳定器稳定性的前提下，可以减少流动损失，同时有利于环形中心凹腔3与主流区物质和能量的交换。
74.优选地，环形中心凹腔3的轴向长度l与圆锥体后端面301到后置腔前端面302的距离相同，环形中心凹腔(3)的轴向长度l大于第一半径差值δr1，轴向长度l是第一半径差值δr1的1.2～2.5倍，可以在环形中心凹腔3内形成较大尺度的驻涡结构，在强卷吸作用下有利稳定器自身的火焰稳定和油气的掺混，同时保证中心火焰稳定器重量尽量小。
75.如图2、图3、图7和图8所示，相比于气动供油存在的“高空、低压、低雾化”的供油问题，本发明的燃油管9从机匣12进入燃烧室，通过连接通道8穿过圆锥体1和支撑管303的内部直通后置腔7，采用心喷嘴5对相邻两个径向稳定器2中间截面的环形中心凹腔3处进行独立供油，相邻两个径向稳定器2之间的环形中心凹腔3处涡结构更饱满、燃油驻留时间更长，在此处供油可以与稳定涡结构相匹配，离心喷嘴5喷出的燃油不受工况环境的影响，在各个状态都能提供比较好的雾化效果。
76.相比于凹腔前置供油，采用凹腔后置高雾化性能的离心喷嘴5对环形中心凹腔3进行供油，燃油进入环形中心凹腔3后驻留时间延长；同时发动机起动后，环形中心凹腔3的高温会对进入燃油管9中的燃油进行预热，大幅提高离心喷嘴5燃油的蒸发率。
77.结合环形中心凹腔3的结构特点和离心喷嘴5的位置，在后置腔前端面302上设置凸起的环形挡板304，环形挡板304在径向上对离心喷嘴5的喷射进行限制，使燃油不会直接流出环形中心凹腔3，但在周向上不限制燃油喷射，从而完美匹配环形中心凹腔3的构型和流场，使得环形中心凹腔3内的燃油更加富集，大幅提升高空、高速、低温环境下的点火稳定性。综上所述对环形中心凹腔3采用离心喷嘴5供油可以快速与新鲜空气雾化、掺混，迅速建立起易于点火的油气比和点火区，大幅提高点火成功率，形成受外界干扰小、稳定的点火源，起到值班火焰的作用，可使环形中心凹腔3的贫油点火油气比降低30％左右，大幅拓宽了小尺寸超音速动力火焰稳定器的工作包线。
78.优选地，环形挡板半径r304减去安装孔所在分度圆的半径r4和安装孔半径r305差值δr4在1～2mm，环形挡板紧紧将全部离心喷嘴圈在其内部，根据离心喷嘴雾化角的大小，环形挡板在轴向上的凸起长度为3～5mm，保证离心喷嘴的雾化锥角在径向上喷射受到限制，燃油不会直接流出环形中心凹腔，但在周向上不受限制，从而匹配环形中心凹腔构型和流场，形成易于点火的油气比和点火区域。
79.在相邻两个径向稳定器2中间截面所在后置腔前端面302上都设置一个安装孔305，且安装孔305数量与径向稳定器2的数量n相同，让离心喷嘴5通过安装孔305对环形中心凹腔3进行供油，保证足够的供油点，让喷进环形中心凹腔3的供油比较均匀，形成足够的燃烧头部；同时，一系列研究证明，相邻两个径向稳定器2之间的环形中心凹腔3处涡结构更
饱满、燃油驻留时间更长，在此处供油能够匹配环形中心凹腔3的流场，可使环形中心凹腔3的贫油点火油气比降低30％左右。
80.燃油通过燃油管9在后置腔7内分成n根分支燃油管6，每根分支燃油管6都有一个离心喷嘴5，离心喷嘴5位于相邻两个径向稳定器2之间截面后置腔前端面302上的安装孔305内，离心喷嘴5与安装孔305数量n相同，在环形中心凹腔3内形成多个稳定燃烧头部，起到值班火焰的作用；离心喷嘴5通过燃油管9对环形中心凹腔3进行供油，形成独立的凹腔后置供油系统，发动机起动后环形中心凹腔3中的高温燃气可以提前对燃油管9进行预热来提高油温，大幅提高燃油的蒸发率来提高燃烧效率。
81.优选地，离心喷嘴5包括进油口500、外壳501、堵头502、涡流室进油孔503、涡流室504、旋块505和出油孔506等部件组成，其中旋块505首先通过旋铆技术和堵头502进行铆接，形成一个只能通过涡流室进油孔503进油的封闭腔体，采用这种旋铆的加工方式即简单又能保证密封性；然后旋块505再通过旋铆技术和外壳501进行旋铆，保证燃油通过进油口500进入离心喷嘴5后，只能通过涡流室进油孔503进入涡流室504形成切向对冲的高速旋流，在高压下加速撞击、破碎、雾化的燃油从出油孔506喷出进入环形中心凹腔3进行掺混燃烧。
82.优选地，涡流室504特征尺寸是影响离心喷嘴5雾化性能的重要影响因素，在涡流室504最大直径处开两个相切的涡流室进油孔503，且两个涡流室进油孔503的开孔方向平行，最大限度的保证了两股油切向对冲，形成强烈的切向旋流，保证雾化质量。
83.优选地，涡流室504夹角θ在80
°
～100
°
，涡流室504的直径d504是出油孔口径d506的6～8倍，涡流室进油孔503的口径d503和出油孔506口径d506相同在0.2～0.5mm，燃油更容易雾化和破碎。
84.如图1、图4、图5、图6、图7和图9所示，采用圆锥体1与径向稳定器2固连的中心燃烧火焰稳定器，径向稳定器2不断将环形中心凹腔3的气流卷入主流中，环形中心凹腔3的涡结构会被主流方向的拉伸并被破坏，所以在每个径向稳定器的正后方都布置一个进气孔306，通过从进气孔306总压引气的方式来补充凹腔气流，来弥补径向稳定器2的强卷吸对环形中心凹腔3涡结构的破坏作用，同时发挥径向稳定器2对火焰的强扩散能力。当发动机工作时径向稳定器2横截面呈v型槽结构，可以将环形中心凹腔3的物质和能量与主流区进行快速交换和传递，将中心凹腔3内的火焰快速引燃整个燃烧室，这种中心组织燃烧的形式，可以大幅提高火焰的传播速度和燃烧室的燃烧效率。
85.优选地，后置腔前端面302周向均匀分布多个进气孔306，每个进气孔都正对径向稳定器2，且进气孔306数量与径向稳定器2数量相同，最大限度的削弱径向稳定器2对环形中心凹腔3涡结构的影响。
86.优选地，进气孔306开孔位置所在分度圆的半径r5与进气孔306半径r306和支撑管303的半径r3的差值δr5在0.5～1.5mm，保证比较不错的射流位置，有利于形成大尺度的旋涡结构；进气孔306的孔径d306在2～4mm，能够保证足够的进气量和比较好的射流速度，有利于高强度涡结构的形成。
87.本发明公开的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器及其工作方法利用环形中心凹腔形成受外界干扰小的强回流区，经离心喷嘴喷出的高雾化性能燃油在环形中心凹腔内掺混燃烧形成稳定的值班火焰，可使环形中心凹腔的贫油点火油气比降低30％左右，可有
效解决了小尺寸液体亚燃冲压、加力燃烧室稳定器点火和稳定燃烧困难的问题，大幅拓宽燃烧室的工作包线；采用中心组织燃烧的方式，通过径向稳定器可对环形中心凹腔与主流区进行物质和能量的快速传递，大幅提高燃烧室的燃烧效率。
88.本技术和现有技术相比，具有如下优势：
89.(1)本发明采用圆锥体后端面、支撑管与后置腔前端面固连形成环形中心凹腔设计，相比于传统旁置凹腔，在相同阻塞比条件下环形中心凹腔的槽宽更大，在宽广的来流条件下，环形中心凹腔内形成驻定的旋涡结构，其形状、大小、位置几乎不受来流状态的影响，特别是在高空、高速、低温的来流环境下，环形中心凹腔中燃油驻留时间长、蒸发混合充分，点火后初始火核与周边冷气的对流热耗散程度弱，可以大大拓宽点火边界并提升燃烧稳定性。
90.(2)本发明对离心喷嘴的供油布局进行了优化匹配设计，相比于气动供油存在的“高空、低压、低雾化”的供油问题，周向上在相邻两个径向稳定器中间截面的后置腔前端面处，采用高雾化性能的离心喷嘴对环形中心凹腔进行后置独立供油与该处环形中心凹腔的稳定涡结构相匹配，可以不受工作状态的影响都能有比较好的雾化效果；相比于凹腔前置供油，采用凹腔后置供油，燃油进入环形中心凹腔后驻留时间延长，发动机起动后，环形中心凹腔的高温会对进入离心喷嘴的燃油进行预热，大幅提高了燃油的蒸发率；同时结合环形中心凹腔的结构特点和离心喷嘴的位置在后置腔前端面上设置凸起的环形挡板，离心喷嘴为环形中心凹腔提供高雾化性能的燃油时，环形挡板在径向上对离心喷嘴的喷射进行限制，使燃油不会直接流出环形中心凹腔，但在周向上不限制燃油喷射，从而完美匹配环形中心凹腔的构型和流场，使得环形中心凹腔内的燃油更加富集，提升高空、高速、低温环境下的点火稳定性。综上所述采用离心喷嘴对环形中心凹腔供油可以快速与新鲜空气雾化、掺混，迅速建立起易于点火的油气比和点火区，使环形中心凹腔的贫油点火油气比降低30％左右，大幅提高点火成功率，形成受外界干扰小、稳定的点火源，起到值班火焰的作用，大幅拓宽了小尺寸超音速动力火焰稳定器的工作包线。
91.(3)本技术采用圆锥体与径向稳定器固连的中心燃烧火焰稳定器，在每个径向稳定器后都布置一个进气孔，通过从后置腔前端面进气孔引气的方式，来弥补径向稳定器的强卷吸对环形中心凹腔涡结构的破坏作用，同时发挥径向稳定器对火焰的强扩散能力，径向稳定器可以将环形中心凹腔的物质和能量与主流区进行快速交换和传递，将中心凹腔内的火焰快速引燃整个燃烧室，这种中心组织燃烧的形式，可以大幅提高燃烧室的燃烧效率。
92.本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于服务构建装置和服务加载装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
93.以上所述的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。

技术特征：
1.一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，所述稳定器包括：圆锥体(1)、径向稳定器(2)、圆锥体后端面(301)、后置腔前端面(302)、支撑管(303)、环形挡板(304)、安装孔(305)、进气孔(306)、后置腔后端面(4)、离心喷嘴(5)、分支燃油管(6)、连接通道(8)；圆锥体(1)中心设置有贯穿圆锥体(1)的连接通道(8)，头部为圆锥形状，底部为后置腔后端面(4)；所述圆锥体后端面(301)通过支撑管(303)与后置腔前端面(302)固定连接，形成环形中心凹腔(3)；所述圆锥体(1)表面设置有多个均匀分布径向稳定器(2)，形成中心燃烧火焰稳定器；所述后置腔前端面(302)上相邻两个径向稳定器(2)中间截面都设有周向均匀的安装孔(305)；所述燃油管(9)从机匣(12)进入燃烧室，通过连接通道(8)穿过圆锥体(1)和支撑管(303)的内部直通后置腔(7)；燃油管(9)尾端与后置腔后端面(4)相连；所述燃油管(9)在后置腔(7)内分散成多个分支燃油管(6)，所述每根分支燃油管(6)上都设置一个离心喷嘴(5)；所述离心喷嘴(5)通过后置腔前端面(302)上均匀分布的安装孔(305)向环形中心凹腔(3)进行独立供油；所述环形挡板(304)与后置腔前端面(302)相连，将离心喷嘴(5)紧紧限制在内部；所述后置腔前端面(302)上周向均匀设置多个进气孔(306)，进气孔(306)位于径向稳定器(2)的正后方，进气孔(306)与径向稳定器(2)一一对应、数量相同。2.根据权利要求1所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，所述圆锥体后端面(301)的半径r1大于后置腔前端面(302)的半径r2，第一半径差值δr1是第二半径差值δr2的1.5～2倍；其中，第一半径差值δr1为圆锥体后端面(301)的半径r1与支撑管(303)半径r3的差值；第二半径差值δr2为后置腔前端面(302)的半径r2与支撑管(303)半径r3的差值。3.根据权利要求2所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，环形中心凹腔(3)的轴向长度l与圆锥体后端面(301)到后置腔前端面(302)的距离相同，环形中心凹腔(3)的轴向长度l大于第一半径差值δr1，环形中心凹腔(3)的轴向长度l是第一半径差值δr1的1.2～2.5倍。4.根据权利要求1所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，所述后置腔前端面(302)上周向均匀分布多个安装孔(305)，每个安装孔(305)都在相邻两个径向稳定器(2)中间截面，且安装孔(305)数量与径向稳定器(2)的数量n相同，第三半径差值δr3为第二半径差值δr2的1/3～1/2倍，第三半径差值为所述安装孔(305)开孔位置所在分度圆的半径r4与支撑管(303)的半径r3的差值。5.根据权利要求4所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，每个安装孔(305)中都分布一个离心喷嘴(5)，燃油通过燃油管(9)和n根分支燃油管(6)由离心喷嘴(5)对环形中心凹腔(3)进行供油，形成独立供油系统；离心喷嘴(5)与径向稳定器(2)的数量n相同，所述离心喷嘴(5)，包括进油口(500)、外壳(501)、堵头(502)、涡流室进油孔(503)、涡流室(504)、旋块(505)和出油孔(506)，旋块(505)通过旋铆和堵头(502)铆接，形成一个只有涡流室进油孔(503)进油的封闭腔体，旋块
(505)和外壳(501)旋铆。6.根据权利要求5所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，在涡流室(504)最大直径处设置两个相切的涡流室进油孔(503)；两个涡流室进油孔(503)的开孔方向平行；涡流室(504)夹角θ的范围为80
°
～100
°
，涡流室(504)的直径d
504
是出油孔(506)口径d
506
的6～8倍，涡流室进油孔(503)的口径d
503
和出油孔(506)口径d
506
相同，范围均为0.2～0.5mm。7.根据权利要求1所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，所述环形挡板(304)呈圆形，轴向长度范围为3～5mm，环形挡板(304)半径r304减去安装孔(305)所在分度圆的半径r4和安装孔(305)半径r305的差值δr4范围为1～2mm。8.根据权利要求1所述的一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器，其特征在于，所述后置腔前端面(302)上周向均匀分布多个进气孔(306)，每个进气孔(306)都正对一个径向稳定器(2)，且进气孔(306)的数量与径向稳定器(2)数量n相同，进气孔(306)的孔径d
30
范围为2～4mm，进气孔(306)开孔位置所在分度圆的半径r5与进气孔(306)半径r
306
和支撑管(303)的半径r3的差值δr5范围为0.5～1.5mm。9.一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器的工作方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-8中的任一高雾化性能中心燃烧火焰稳定器实现，所述方法包括：步骤1，稳定器点火前，首先通过燃油管,连接的离心喷嘴向环形中心凹腔供油用于点火起动，经离心喷嘴用于点火的燃油流量占燃烧室总供油量的5～8％；步骤2，点火过程控制：离心喷嘴持续向环形中心凹腔供油2s后，采用高能点火器对环形中心凹腔两个径向稳定器中间离心喷嘴所在截面靠近圆锥体后端面处进行点火，点火成功后，快速提高离心喷嘴的供油量到燃烧室总供油量的10～15％，让发动机进入稳定自持状态；(3)步骤3，供油过程控制：根据需要逐渐提高离心喷嘴的供油量到燃烧室总供油量的20～25％，保持离心喷嘴一直处于工作状态，然后根据状态需要分别打开主流区次燃油管或者主燃油管，让主流区燃油被中心火焰稳定器快速引燃，使发动机进入大状态。

技术总结
本申请提供一种高雾化性能中心燃烧火焰稳定器及工作方法，稳定器包括圆锥体、径向稳定器、圆锥体后端面、后置腔前端面、支撑管、环形挡板、安装孔、进气孔、后置腔后端面、离心喷嘴、分支燃油管、连接通道；圆锥体中心设置有贯穿圆锥体的连接通道，头部为圆锥形状，底部为后置腔后端面，圆锥体后端面通过支撑管与后置腔前端面固定连接，形成环形中心凹腔；圆锥体与多个均匀分布的径向稳定器周向固连，形成中心燃烧火焰稳定器；后置腔前端面上相邻两个径向稳定器中间截面都设有周向均匀的离心喷嘴；燃油经燃油管通过连接通道穿过圆锥体和支撑管的内部直通后置腔由离心喷嘴向环形中心凹腔供油。本申请大大拓宽点火边界并提升燃烧稳定性。定性。定性。


技术研发人员：葛源海 常国强 陈敏 钱松林 李照远 吴进军 牛延林 付细辉
受保护的技术使用者：融通航空发动机科技有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6