燃燒學(xué)-課件-第8章-航空發(fā)動機(jī)中的燃燒

賀龍第八章航空發(fā)動機(jī)中的燃燒8.1航空發(fā)動機(jī)主燃燒室航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的心臟，燃燒室是發(fā)動機(jī)的心臟，它是燃燒組織的場所，也是航空發(fā)動機(jī)三大核心部件之一。航空發(fā)動機(jī)燃燒室工作的優(yōu)劣直接影響發(fā)動機(jī)的性能，一個好的燃燒室，應(yīng)滿足發(fā)動機(jī)各種工況的要求，在惡劣的條件下也能高效正常工作，把燃料中的化學(xué)能釋放出來，加熱工質(zhì)，推動渦輪做功。飛機(jī)發(fā)動機(jī)一般采用航空燃?xì)廨啓C(jī)（如圖8-1），包含三大核心部件：壓氣機(jī)、主燃燒室以及燃?xì)鉁u輪部分。對于軍用航空發(fā)動機(jī)還設(shè)有加力燃燒室等（如圖8-2）。主燃燒室是其核心部件，實現(xiàn)燃油和經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮的空氣混合燃燒，釋放熱量，燃燒煙氣迅速膨脹并加速，推動后面渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)并排氣。圖8-1飛機(jī)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖圖8-2軍用航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖燃?xì)廨啓C(jī)中，燃燒室位于壓氣機(jī)和渦輪之間，燃燒室中供入的燃油，與來自壓氣機(jī)的高壓空氣相混合，形成可燃混氣并進(jìn)行充分有效的燃燒。經(jīng)過燃燒過程，燃料中的化學(xué)能釋放出來并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使得燃?xì)鉁囟却蟠筇岣?。這些高溫、高壓燃?xì)馐紫攘鹘?jīng)渦輪，在渦輪中膨脹，推動渦輪做功，然后進(jìn)一步在尾噴管中膨脹加速，從而產(chǎn)生推力。其系統(tǒng)示意圖如圖8-3(a)所示。圖8-3(a)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)示意圖圖8-3(b)為燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)P-V圖，工作流體（空氣）在壓縮階段（1-3）和膨脹階段（4-5）之間存在一個等壓膨脹的階段（3-4）。這一等壓膨脹過程就是通過在燃燒室中噴油燃燒實現(xiàn)的。發(fā)動機(jī)輸出的有用功與P-V循環(huán)圍成區(qū)域的大小有關(guān)。圖8-3(b)燃?xì)廨啓C(jī)P-V圖8.2燃燒室結(jié)構(gòu)以環(huán)形燃燒室為例，航空燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的主要結(jié)構(gòu)如圖8-4和圖8-5所示，包括擴(kuò)壓器、燃燒室機(jī)匣、帽罩、燃油噴嘴、旋流器、頭部、點火器、火焰筒等。為實現(xiàn)需要的氣流量分配，火焰筒壁面上還開有各種進(jìn)氣孔和縫槽結(jié)構(gòu)，如主燃孔、中間孔、摻混孔、氣膜冷卻孔以及縫隙等。圖

8-4燃燒室組成結(jié)構(gòu)示意圖圖8-5燃燒室組成結(jié)構(gòu)示意圖各結(jié)構(gòu)部件的主要功能如下：燃燒室機(jī)匣：機(jī)匣是燃燒室內(nèi)、外兩側(cè)的殼體，包括內(nèi)機(jī)匣和外機(jī)匣，在前部與壓氣機(jī)相連接，在后部與渦輪相連接。機(jī)匣與火焰筒一起構(gòu)成燃燒室內(nèi)、外兩側(cè)環(huán)腔兩股氣流的通道。機(jī)匣不受其內(nèi)部氣流熱載荷的影響，但承受燃燒室內(nèi)外壓差的作用。擴(kuò)壓器：擴(kuò)壓器是由燃燒室內(nèi)外機(jī)匣和火焰筒頭部構(gòu)成的一個環(huán)形擴(kuò)張通道，用來降低進(jìn)入燃燒室的氣流流速，提高氣流靜壓，以利于燃燒過程組織?；鹧嫱玻喝紵^程在火焰筒內(nèi)部進(jìn)行。因而其要承受極高的燃燒溫度，在火焰筒壁面上開有大量大小不同、形狀各異的孔和縫，用以通過不同用途的氣流，保證燃燒充分、摻混均勻并使壁面得到冷卻。帽罩：帽罩是燃燒室頭部向前延伸的部分，是位于燃燒室前部的氣流流場分配器。它使得空氣按流量設(shè)計要求分別流入內(nèi)、外兩股氣流通道以及火焰筒內(nèi)，并且不發(fā)生流動分離，以減小流動損失。各結(jié)構(gòu)部件的主要功能如下：頭部/旋流器：頭部/旋流器是使燃燒室主燃?xì)饬鬟M(jìn)入燃燒區(qū)的部件。旋流器裝在火焰筒頭部中間，由多個以一定角度安裝的葉片組成，使氣流旋轉(zhuǎn)，形成回流區(qū)，強化湍流、實現(xiàn)燃油與空氣的快速摻混，并保證火焰穩(wěn)定。燃油噴嘴：用來向燃燒室中供入燃油，使燃油霧化，并與旋流器一同實現(xiàn)油氣摻混及燃油的空間濃度分布。點火器：用于火焰筒內(nèi)油氣混合物的點火，一般采用電火花點火器。點火器必須安裝在燃燒區(qū)內(nèi)燃油與空氣已進(jìn)行混合的位置，但需要遠(yuǎn)離燃燒室上游位置以避免其自身被燃燒區(qū)燒壞。一旦燃燒開始并能自持，點火器便不再使用。單管燃燒室和環(huán)管燃燒室各火焰筒之間有聯(lián)焰管來傳播火焰和均衡壓力，因此，在這兩種類型的燃燒室中，并不是每個火焰筒上都安裝了點火器。8.3燃燒室類型選擇燃燒室結(jié)構(gòu)主要從航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的性能要求和可以利用的空間兩方面來考慮，燃燒室典型的類型主要有三種，分別是單管燃燒室、環(huán)管燃燒室和環(huán)形燃燒室，環(huán)管燃燒室是介于單管燃燒室和環(huán)形燃燒室之間的一種過渡形式。單管燃燒室中，每一個管形火焰筒外側(cè)都包有一個單獨的燃燒室機(jī)匣，構(gòu)成一個獨立的燃燒室，如圖8-6所示。在發(fā)動機(jī)周圍環(huán)繞發(fā)動機(jī)軸線均勻地安裝多個單管燃燒室，從壓氣機(jī)出口把氣流分成均等的若干份進(jìn)入各單管燃燒室，已燃燒完的高溫燃?xì)馔ㄟ^燃?xì)鈱?dǎo)管組成環(huán)形通道與渦輪導(dǎo)向器連接，各燃燒室彼此間用“聯(lián)焰管”聯(lián)通，保證在啟動時，將火焰從帶有點火器的火焰筒傳遞到其他火焰筒，并使各火焰筒的壓力趨于均衡。8.3.1單管燃燒室圖8-6單管燃燒室結(jié)構(gòu)簡圖單管燃燒室的優(yōu)點:旋流進(jìn)氣與噴嘴配合較好，便于組織燃燒；調(diào)試用氣量少，裝拆維護(hù)方便；燃燒室本身強度和剛性好。單管燃燒室的缺點：總壓損失大；迎風(fēng)面積大，使飛行阻力增加；燃燒室出口溫度分布不均勻；火焰筒表面積和燃燒室之比較大，用于冷卻的空氣流量大；環(huán)形截面積的利用率低(僅70%-80%),因而燃燒室內(nèi)氣流平均速度大，不利于穩(wěn)定燃燒；啟動性能差，在高空依靠聯(lián)焰管傳遞啟動火焰；長度長、承受載荷依靠內(nèi)殼體，剛度差，燃燒室較重。在環(huán)管燃燒室中，若干個（7-14個）管式火焰筒沿圓周均勻安裝在內(nèi)、外機(jī)匣間的同一個環(huán)腔內(nèi)，相鄰火焰筒之間采用聯(lián)焰管來聯(lián)通火焰，如圖8-7所示。環(huán)管燃燒室兼有單管燃燒室易于維修調(diào)試以及環(huán)形燃燒室緊湊性的優(yōu)點，同時也克服了它們的某些缺點。多種燃?xì)廨啓C(jī)中開始采用環(huán)管燃燒室，其中包括Allison501-K、GEJ73和我國渦噴6和渦噴7發(fā)動機(jī)等。8.3.2環(huán)管燃燒室圖8-7環(huán)管燃燒室結(jié)構(gòu)簡圖環(huán)管燃燒室的優(yōu)點:迎風(fēng)面積較?。徽{(diào)試只用包含1-3個火焰筒的實驗件即可，無需很大的氣源；油與氣匹配較好；發(fā)動機(jī)的強度和剛性較好。環(huán)管燃燒室的缺點：氣動布局較差，擴(kuò)壓器設(shè)計較困難；有聯(lián)焰管，點火性能較差；出口周向溫度場不如環(huán)形燃燒室好；比環(huán)形燃燒室結(jié)構(gòu)重量大。環(huán)形燃燒室實際上由4個同心圓筒組成，最內(nèi)和最外的2個圓筒為燃燒室的內(nèi)、外機(jī)匣，中間2個圓筒構(gòu)成了火焰筒，如圖8-8所示。環(huán)形燃燒室中不僅兩股氣流是相通的，用于燃燒的一股氣流也是相通的，使其在相同的幾何及氣動條件下比其他類型的發(fā)動機(jī)具有更小的壓力損失。環(huán)形燃燒室安裝在GECF6、P&WJT9D和RRRB211上，這些發(fā)動機(jī)在技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性上都很成功。8.3.3環(huán)形燃燒室圖8-8環(huán)形燃燒室結(jié)構(gòu)簡圖環(huán)形燃燒室的優(yōu)點:能夠與壓氣機(jī)配合獲得最佳的氣動設(shè)計，壓力損失最?。唤Y(jié)構(gòu)緊湊，空間利用率最高，總體長度、質(zhì)量和直徑最小；冷卻空氣量少，燃燒效率高，燃油燃盡率高，大幅減少CO排放；出口周向溫度場均勻；不需要聯(lián)焰管，啟動性能好，消除了各燃燒室之間的燃燒傳播問題。環(huán)形燃燒室的缺點：調(diào)試?yán)щy，需要大型氣源；燃油-氣流結(jié)構(gòu)配合不夠好；對進(jìn)口流場敏感，易于引起出口溫度場變化；燃燒室及火焰筒剛性差；裝拆維修困難。就上述三種燃燒室的發(fā)展而言，單管燃燒室已不再適合新的航空燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計要求，但其對于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)仍然很有吸引力；環(huán)管燃燒室在一些中等壓比的發(fā)動機(jī)中仍有應(yīng)用；幾乎所有現(xiàn)代的高壓比航空燃?xì)廨啓C(jī)中都使用了環(huán)形燃燒室。8.4油氣比、余氣系數(shù)及當(dāng)量比為了滿足對燃燒室出口平均溫度的限制需求，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中油氣混合物配比總體是貧油，但這種貧油配比通常超出煤油的可燃范圍。因此，燃燒室中采用了空氣分股、燃燒分區(qū)的解決方案，燃油只在火焰筒頭部主燃區(qū)中與部分空氣進(jìn)行混合，形成適合燃燒的油氣混合物。隨著混氣向燃燒室下游流動，不斷有空氣摻混進(jìn)來，因而燃燒室中的油氣配比逐漸減小，燃?xì)鉁囟炔粩嘟档汀Ｈ紵抑型ǔ２捎糜蜌獗萬、余氣系數(shù)α和當(dāng)量比?來描述燃油和空氣的配比，其中后兩個參數(shù)更為直觀地表示了油氣混合物的貧富。

油氣比f：指燃油和空氣組成的混氣中油與氣的質(zhì)量之比，即余氣系數(shù)α：指實際空氣質(zhì)量與實際燃油按化學(xué)當(dāng)量比燃燒所需理論空氣質(zhì)量之比，其定義為

α和f的關(guān)系為

當(dāng)量比?：實際燃油質(zhì)量與實際空氣按化學(xué)當(dāng)量比燃燒所需理論燃油質(zhì)量之比，其定義為可見，?與α互為倒數(shù)，當(dāng)α=1、?=1是表示燃油和空氣是按化學(xué)當(dāng)量比混合的。當(dāng)?＞1時表示為富油混氣；當(dāng)?<l時表示為貧油混氣。8.5燃燒室燃燒過程的組織燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室總油氣比是由發(fā)動機(jī)總體設(shè)計方案根據(jù)循環(huán)參數(shù)確定的。由于渦輪葉片的工作溫度受材料和冷卻技術(shù)的限制，因此設(shè)計工況總油氣比明顯偏離化學(xué)當(dāng)量油氣比，相應(yīng)的空燃比一般為30-80。這種貧油混氣實際上已明顯超越了燃料的可燃范圍，因此為了確保燃燒室的高效可靠運行，必須在結(jié)構(gòu)上采取措施，由此發(fā)展了火焰筒分區(qū)燃燒概念。8.5.1火焰筒分區(qū)燃燒如圖8-9所示，火焰筒沿軸向從前向后依次劃分為主燃區(qū)、中間區(qū)（或補燃區(qū)）和摻混區(qū)（稀釋區(qū)）三個部分。通過火焰筒上的各種進(jìn)氣裝置（包括旋流器、進(jìn)氣孔或縫）將全部空氣按照設(shè)計的要求依次供入火焰筒，使空燃比沿軸向逐漸增高，這樣既保證了燃燒室在各種工況下實現(xiàn)高效和穩(wěn)定燃燒，又能保證要求的燃燒室出口溫度及分布在可控范圍。圖8-9主燃燒室的基本特征主燃區(qū)：指火焰筒頭部至主燃孔的一段空間，燃油通過噴嘴直接噴入主燃區(qū)，與進(jìn)入該區(qū)的空氣進(jìn)行混合及燃燒。主燃區(qū)的主要功能是駐定火焰和提供足夠的燃燒時間、溫度及湍流度以使進(jìn)入的燃料空氣混合物基本上達(dá)到完全燃燒。圖8-10為主燃區(qū)空氣流動形式。圖8-10主燃區(qū)空氣流動形式對于航空燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室，通常要求巡航狀態(tài)的主燃區(qū)油氣比保持在化學(xué)當(dāng)量比附近（起飛狀態(tài)，主燃區(qū)油氣比將變得略富些；相反地，在高空飛行時卻變得略貧些）。這樣一來，不僅可以使燃燒過程在最有利的油氣比下進(jìn)行，而且可使主燃區(qū)的氣流速度明顯降低，這對于獲得高效和穩(wěn)定燃燒是非常有利的。表8-1所示，主燃區(qū)空燃比對燃燒室性能的影響。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)飛機(jī)的技術(shù)要求選定主燃區(qū)油氣比的具體數(shù)值。對于機(jī)動性高的空中格斗機(jī)，往往要突出火焰穩(wěn)定性要求，因此選用近于化學(xué)當(dāng)量比的主燃區(qū)；而對于民用飛機(jī)，則應(yīng)有較高的燃燒效率和低排氣污染，因此宜選用偏貧油的主燃區(qū)。

優(yōu)點缺點富油1.速度低，穩(wěn)定性好；2.容易點火。1.燃燒“不干凈”(a.產(chǎn)生煙；b.產(chǎn)生發(fā)光火焰；c.產(chǎn)生譚碳沉積物)；2.出口溫度分布一般不好。化學(xué)恰當(dāng)比1.燃燒效率高；2.釋熱率高；3.燃燒干凈(a.幾乎沒有煙；b.非發(fā)光火焰；c.無碳沉積物)?；鹧鏈囟雀撸虼藢Ρ苊獾膿Q熱率高。貧油1.燃燒非常干凈(a.無煙；b.無發(fā)光火焰；c.無碳沉積物)；2.火焰溫度低，因此換熱率低。3.有良好的出口溫度分布。氣流速度高，對穩(wěn)定性和點火性能有不利影響。表8-1主燃區(qū)空燃比對燃燒室性能的影響中間區(qū)(補燃區(qū))位于主燃區(qū)下游。從中間區(qū)進(jìn)入火焰筒的空氣主要是使主燃區(qū)的未燃成分繼續(xù)燃燒，充分燃盡。主燃區(qū)中發(fā)生的熱解反應(yīng)會導(dǎo)致燃?xì)庵谐霈F(xiàn)大量的CO和H2。如果這些氣體直接進(jìn)入稀釋區(qū)，并迅速冷卻，就不能充分燃盡。氣體成分中CO是大氣中重要的污染組分，也是低效燃燒的產(chǎn)物。因而需要在稀釋區(qū)前加入少量空氣使溫度降低到一個中級水平，從而使CO和其他任何未燃燒烴（碳?xì)洌┻M(jìn)行完全燃燒。從中間區(qū)進(jìn)入火焰筒的空氣不宜過多，否則會導(dǎo)致燃?xì)鉁囟燃眲〗档?，不利于補燃及充分燃盡。經(jīng)驗表明，對于航空發(fā)動機(jī)燃燒室，中間區(qū)末端的平均空燃比宜控制在23-27之間。摻混區(qū)(稀釋區(qū))在滿足燃燒和壁面冷卻之后，剩余的空氣進(jìn)入火焰筒后部摻混區(qū)。用來稀釋的空氣流量通常是燃燒室總氣流量的20%~40%,通過空氣與燃燒產(chǎn)物的混合，獲得要求的燃燒室出口溫度及其分布。摻混區(qū)的空氣量直接受中間區(qū)末端空燃比和燃燒室總空燃比的制約。隨著燃燒室溫升的提高，燃燒和冷卻空氣量增加，剩余的摻混空氣量越來越少，中間區(qū)和摻混區(qū)的界線也變得模糊起來。理論上，可以通過一個長的稀釋區(qū)或承受很高的進(jìn)氣壓力損失來實現(xiàn)任何需要的燃燒室出口溫度分布。然而，實踐中發(fā)現(xiàn)，隨著混合長度的增加，混合度最初迅速改善，但隨后混合速度逐步放緩。因此，摻混區(qū)的長徑比一般只介于1.5-1.8的狹窄范圍內(nèi)。(1)空氣流動組織氣動過程在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的工作中起著至關(guān)重要的作用。燃燒室工作及性能的好壞，歸根到底要看是否獲得了適合于燃燒的氣流流場和燃油濃度場。良好的氣流結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)燃料與空氣的混合，并有利于在燃燒區(qū)內(nèi)得到需要的燃油濃度場，這也是實現(xiàn)可靠點火和穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵。8.5.2空氣流動組織與流量分級摻混(1)空氣流動組織—燃燒室的空氣動力特征：擴(kuò)壓器以及環(huán)形通道的設(shè)計，主要目的是降低氣流速度，并且將空氣流量按要求分布到燃燒室的各個區(qū)域中，同時保持氣流均勻而不引起附加的流動損失。在火焰筒的設(shè)計中，重點在于建立用于穩(wěn)定火焰的大尺度回流區(qū)，并且對于燃燒產(chǎn)物進(jìn)行有效地?fù)交旖禍?，以及采用冷卻空氣對于火焰筒壁面進(jìn)行有效的冷卻?？諝饬鲃咏M織—燃燒室中擴(kuò)壓器的內(nèi)部流動的過程和設(shè)計特點在軸流壓氣機(jī)中，靜壓的升高與氣流軸向速度緊密相關(guān)，為了在最小的級數(shù)下達(dá)到設(shè)計壓比，高的軸向速度是至關(guān)重要的；在許多航空發(fā)動機(jī)中，壓氣機(jī)出口速度能達(dá)到170m/s以上，在如此高速的氣流中燃料燃燒顯然是不切實際的，而且高速引起的基本壓力損失也會很大。當(dāng)壓氣機(jī)出口馬赫數(shù)在0.25~0.35時，動壓頭將會占到進(jìn)口總壓的4%~8%,目前，高性能航空燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)出口動壓頭占來流總壓的10%。擴(kuò)壓器的作用就是將高速氣流的動壓頭盡可能大地恢復(fù)成靜壓，然后進(jìn)入火焰筒。理想的擴(kuò)壓器應(yīng)該能夠在盡可能短的距離內(nèi)以最小的總壓損失實現(xiàn)所需的速度降低，并能夠在其出口形成均勻穩(wěn)定的流動?？諝饬鲃咏M織—擴(kuò)壓器的具體性能要求壓力損失低，一般而言，擴(kuò)壓器的損失要小于壓氣機(jī)出口總壓的2%；長度短，擴(kuò)壓器的長度應(yīng)盡量短，以減小發(fā)動機(jī)的長度和質(zhì)量；出口氣流在周向和徑向都均勻；在所有工況下運行穩(wěn)定；對壓氣機(jī)出口流場變化不敏感。圖8-11現(xiàn)代燃燒室的環(huán)形突擴(kuò)擴(kuò)壓器空氣流動組織—擴(kuò)壓器的具體性能要求通常地，在前置擴(kuò)壓器中氣流速度可以降低60%左右，其擴(kuò)張角度通常介于6°~12°之間。在前置擴(kuò)壓器的下游是突擴(kuò)擴(kuò)壓器，進(jìn)入突擴(kuò)擴(kuò)壓器后流通面積發(fā)生了突然擴(kuò)張，氣流被火焰筒帽罩分成3份，外部兩側(cè)的氣流分別進(jìn)入內(nèi)、外環(huán)腔通道，中心氣流則流入燃燒室頭部區(qū)域。如圖8-11。突擴(kuò)形擴(kuò)壓器通常是現(xiàn)代環(huán)形燃燒室設(shè)計的首選，因為它們更能適應(yīng)不同入口速度條件和硬件尺寸?？諝饬鲃咏M織—燃燒室中環(huán)腔的內(nèi)部流動的過程和設(shè)計特點環(huán)腔是指火焰筒壁面與燃燒室內(nèi)、外機(jī)匣之間形成的環(huán)形氣流通道，它的作用是作為氣流進(jìn)入火焰筒前的分布腔。環(huán)腔內(nèi)的流動狀況對于火焰筒內(nèi)的氣流流形具有實質(zhì)性的影響，如果氣流在環(huán)腔中分布合理，壓力損失小，就可以為火焰筒內(nèi)燃燒、摻混、壁面冷卻創(chuàng)造良好的條件。圖8-12為燃燒室中氣流流動示意圖。8-12燃燒室中氣流流動示意圖空氣流動組織—擴(kuò)壓器的具體性能要求一般希望設(shè)計時有較低的環(huán)腔氣流速度，可以使得火焰筒上同一排孔的進(jìn)氣量相同，空氣摻入火焰筒的深度較深，壓力損失較小。環(huán)腔中的氣流流動主要有兩個位置要特別注意：一：在上游火焰筒頭部附近，當(dāng)氣流由擴(kuò)壓器進(jìn)入環(huán)腔時有時具有很厚的附面層，有時也會出現(xiàn)流動分離，這不但會影響向火焰筒內(nèi)部供氣，也會對下游環(huán)腔的氣流分布產(chǎn)生影響。二：在后面摻混孔附近，如果氣流被沒有限制地放入稀釋孔下游的環(huán)腔空間，該位置環(huán)腔中的流動就會變得紊亂，在環(huán)腔內(nèi)產(chǎn)生間歇的、隨機(jī)的從摻混孔下游向前的回流現(xiàn)象，這將導(dǎo)致火焰筒上的某些孔吸入來自各個方向的氣流，從而產(chǎn)生一種不僅扭曲，而且隨時間不規(guī)則變化的內(nèi)部流動。改善這種不利流動的方法，就是在緊靠摻混孔的下游放置擋板，可以有效防止形成大的、隨機(jī)的回流流動?？諝饬鲃咏M織—經(jīng)火焰筒壁面上孔、縫的氣流流動火焰筒上孔、縫的功用可分為兩大類：一類是大尺寸孔，主要是用來分配燃燒及摻混用氣；另一類是小尺寸孔、縫，主要是用來冷卻和保護(hù)火焰筒壁面。進(jìn)入火焰筒的空氣一部分是通過旋流器進(jìn)入的，另一部分則通過這些孔、縫進(jìn)入火焰筒，設(shè)計要保證所需的空氣流量按設(shè)計要求均勻進(jìn)入火焰筒。火焰筒上的大尺寸孔主要可分為主燃孔、補燃孔和摻混孔。通過主燃孔的空氣流量較大，使得射流有足夠的湍流強度和穿透深度來強化燃燒過程。補燃孔是用作補燃的孔，進(jìn)氣量較少，因此流入的空氣穿透深度也較小。通過摻混孔流入的摻混空氣需要與高溫燃?xì)飧咝实剡M(jìn)行熱量和動量交換，因此要有較大的穿透深度和較大的動量?？諝饬鲃咏M織—經(jīng)火焰筒壁面上孔、縫的氣流流動在火焰筒內(nèi)，燃燒溫度可達(dá)1800-2500K。

因此，為了延長火焰筒的使用壽命，除了采用耐高溫合金材料外，就需要對火焰筒進(jìn)行合理的冷卻。解決冷卻問題的途徑有兩個：一是在火焰筒內(nèi)表面涂耐熱、隔熱涂層，可以有效地降低基體的工作溫度，提高材料的熱強度和熱疲勞性能；二是通過冷卻氣流的作用，在火焰筒內(nèi)表面形成一道冷卻氣膜及在火焰筒外表面加強氣流散熱。氣膜冷卻技術(shù)是燃燒室冷卻的主要手段，因此，組織好經(jīng)孔縫流動的冷卻氣流，對燃燒室的工作性能及火焰筒的保護(hù)至關(guān)重要。空氣流動組織—經(jīng)火焰筒壁面上孔、縫的氣流流動(a)波紋板(b)疊加環(huán)(c)飛濺冷卻環(huán)(d)機(jī)械加工環(huán)8-13常見氣膜冷卻結(jié)構(gòu)用作壁面冷卻的小孔縫不要求穿透深度，而是希望通過這些孔縫進(jìn)入的氣流能貼內(nèi)壁壁面流動，在火焰筒內(nèi)壁與燃?xì)忾g形成一層均勻的冷卻氣膜保護(hù)層，使火焰筒壁溫在允許值以下。冷卻氣膜隨冷卻氣流與主流燃?xì)獾耐牧鲹交於饾u衰減，因此在實際使用中，在大約每4080mm的距離就要重新布置一道氣膜。最常用的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)有波紋環(huán)帶、堆疊環(huán)帶、噴濺環(huán)帶和機(jī)械加工環(huán)帶，如圖8-13所示。(2)空氣流量分配空氣進(jìn)入燃燒室經(jīng)擴(kuò)壓后仍高于煤油和空氣的湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣龋鹧娌荒芊€(wěn)定。所以，必須在燃燒室中創(chuàng)造出一個低的軸向速度區(qū)，使火焰在發(fā)動機(jī)整個工作范圍內(nèi)都能穩(wěn)定燃燒。另一方面，在發(fā)動機(jī)整個工作范圍內(nèi)，燃燒室總的空氣-燃油比在45:1和130:1之間，高于煤油有效燃燒的空燃比(15:1)。火焰筒有使氣流沿著燃燒室按照要求分布的各種限流裝置?？蓪崿F(xiàn)燃油僅和進(jìn)入燃燒室的一部分空氣在主燃室燃燒。按照火焰筒內(nèi)的功能，總空氣流量分配，按區(qū)劃可分為主燃區(qū)流量、中間區(qū)流量和摻混區(qū)流量。其中，與燃燒有關(guān)的空氣（即主燃區(qū)空氣）包括旋流器空氣或霧化空氣、頭部冷卻空氣、火焰筒在主燃區(qū)部分的冷卻空氣以及主燃孔射流的部分空氣。空氣流量分配按照火焰筒內(nèi)的功能，總空氣流量分配，按區(qū)劃可分為主燃區(qū)流量、中間區(qū)流量和摻混區(qū)流量。其中，與燃燒有關(guān)的空氣（即主燃區(qū)空氣）包括旋流器空氣或霧化空氣、頭部冷卻空氣、火焰筒在主燃區(qū)部分的冷卻空氣以及主燃孔射流的部分空氣。圖8-14是某發(fā)動機(jī)主燃燒室空氣流量分配大致比例圖。圖8-15是主燃燒室火焰穩(wěn)定示意圖。圖8-14某主燃燒室空氣流量分配比例圖8-15主燃燒室火焰穩(wěn)定示意圖空氣流量分配—主燃區(qū)空氣流量分配燃燒室空氣流量分配首先考慮的是主燃區(qū)的流量分配。主燃區(qū)的劃分通常認(rèn)為是從火焰筒的頭部到主燃孔截面。從燃燒室性能要求來看，要綜合考慮倆個工況：一是大負(fù)荷下的燃燒性能要求，如排氣冒煙、污染排放、燃燒效率和出口溫度分布；另一個是小負(fù)荷下的燃燒性能要求，如穩(wěn)定性和點火性能。對于軍用飛機(jī)，需要其穩(wěn)定性和高空再點火性能好；對于民用飛機(jī)，則需要其低污染排放性能好。主燃區(qū)油氣比的選擇是核心問題。主燃區(qū)油氣比選擇對燃燒室的性能有很大影響。主要有三種主燃區(qū)的油氣比選擇方式：化學(xué)當(dāng)量比下的主燃區(qū)、富油主燃區(qū)和貧油主燃區(qū)，其性能特點如表8-1所列?？諝饬髁糠峙洹魅紖^(qū)空氣流量分配從圖8-14看到：有40%的空氣量進(jìn)入主燃區(qū)，其中20%空氣量通過旋流葉片及火焰筒頭部開孔進(jìn)入，另外20%的空氣通過環(huán)形通道孔進(jìn)入主燃區(qū)。從旋流葉片進(jìn)入的空氣形成呈回旋渦流形狀的低速回流區(qū)，回流燃?xì)鈱⑿聡娙氲娜加偷渭訜岬近c燃溫度，促進(jìn)其燃燒。從噴嘴噴出的燃油穿過回流區(qū)的中心，燃油進(jìn)一步霧化和蒸發(fā)，并與主燃燒區(qū)的空氣充分混合，形成可燃混合物。在發(fā)動機(jī)啟動時，點火電嘴點燃可燃混合物，回流區(qū)中的低速區(qū)維持火焰穩(wěn)定不滅。圖8-14某主燃燒室空氣流量分配比例空氣流量分配—冷卻氣流量分配通常在完成火焰筒內(nèi)的氣流設(shè)計后，再根據(jù)發(fā)動機(jī)的尺寸，可大致確定火焰筒需要冷卻的面積。按照冷卻性能要求以及選擇的某種冷卻結(jié)構(gòu)，可以確定火焰筒單位面積、單位壓力下的冷卻氣流量。按照這個參數(shù)，可以確定火焰筒冷卻空氣量占總空氣量的百分?jǐn)?shù)。從圖8-14看到，冷卻氣流量也達(dá)到40%，通過火焰筒中部稀釋區(qū)的火焰筒體壁面上的冷卻氣膜結(jié)構(gòu)間隙和孔洞進(jìn)入。圖8-14某主燃燒室空氣流量分配比例空氣流量分配—摻混（稀釋）空氣量分配摻混空氣量可按出口溫度分布的要求，以及摻混孔的摻混效果來確定。由于燃燒后的燃?xì)鉁囟忍?1800~2000℃)，不適于進(jìn)入渦輪導(dǎo)向葉片。因此，未用于主燃區(qū)燃燒的空氣量(60%)的三分之一，即20%（見圖8-14）通過火焰筒體壁面上的冷卻氣膜結(jié)構(gòu)間隙和孔洞進(jìn)入，用來降低稀釋區(qū)燃?xì)鉁囟龋缓笤龠M(jìn)入渦輪。圖8-14某主燃燒室空氣流量分配比例(3)燃油濃度場及燃燒組織燃燒室中燃油濃度場反映的是過量空氣系數(shù)或空燃比在燃燒室空間的分布，通過燃油噴嘴特性和空氣流動特性的合理配合可以實現(xiàn)合理組織燃燒室中燃油濃度場。對于常規(guī)的離心噴嘴及預(yù)膜式氣動霧化噴嘴，油霧為空心錐狀，大部分燃油集中在錐體表面。在圖8-16所示的流場中，這種油霧錐受高溫回流氣體的擠壓，使大部分燃油沿回流區(qū)邊界外側(cè)運動，恰好與主流空氣相遇混合。圖8-16火焰筒頭部燃燒過程示意圖1-油霧軌跡；2-回流區(qū)邊界；3一火焰鋒。(3)燃油濃度場及燃燒組織如圖8-16所示，在主流區(qū)中油霧尚未完全蒸發(fā)和擴(kuò)散，在油霧運動軌跡附近，局部燃油濃度最高，或過量空氣系數(shù)最小。在旋流器的作用下，新鮮空氣都分布在火焰筒的外緣部分，火焰筒的中心部分則是一些缺氧的燃燒產(chǎn)物。而噴嘴造成的中空的錐形燃料流，正好能把大部分燃料集中地分配到位于火焰筒外側(cè)的新鮮空氣中去，這就有利于形成燃料與空氣的可燃混合物。這種分布不均的濃度場對改善燃燒穩(wěn)定性是有利的，因為當(dāng)工況變化時，燃燒空間總存在處于可燃濃度之內(nèi)的局部區(qū)域，正是這些局部可燃區(qū)的存在，火焰才能維持和發(fā)展。圖8-16火焰筒頭部燃燒過程示意圖1-油霧軌跡；2-回流區(qū)邊界；3一火焰鋒。(4)燃燒過程的組織燃燒火焰必然發(fā)生在燃料濃度處于可燃范圍，同時氣流速度又較低的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)空氣從火焰筒頭部進(jìn)入，燃油從噴嘴噴入后，空氣與油霧迅速摻混，由安裝在火焰筒頭部的點火器點燃?；鹧嫘纬珊?，按照穩(wěn)定條件，火焰前鋒的位置一般只能處在8-16所示的回流區(qū)邊界與油霧錐之間的空間范圍，即回流區(qū)順流部分近零速度線的某個區(qū)域。因為回流區(qū)內(nèi)缺乏氧氣，不可能發(fā)生燃燒現(xiàn)象；而回流區(qū)邊界上氣流的軸向速度等于零，它不可能滿足火焰穩(wěn)定所要求的vL＝vcosφ的流動必要條件。其中，vL表示混氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，v表示錐形火焰可燃混氣氣流速度，φ為錐形火焰可燃混氣氣流與焰鋒法線方向的夾角。圖8-16火焰筒頭部燃燒過程示意圖1-油霧軌跡；2-回流區(qū)邊界；3一火焰鋒。(4)燃燒過程的組織當(dāng)混氣基本燃燒完畢，有一部分燃燒產(chǎn)物進(jìn)入回流區(qū)，另一部分則繼續(xù)向下游流動，從燃燒室出口排出。進(jìn)入回流區(qū)的高溫燃?xì)饽媪鞯絿娮旄浇?，把剛剛噴入的油滴加熱蒸發(fā)，形成燃油蒸氣。燃油蒸氣被帶入順流區(qū)中，與從旋流器進(jìn)入的空氣迅速摻混，進(jìn)行擴(kuò)散和湍流交換，經(jīng)過短暫的著火感應(yīng)期后著火、燃燒，并向周圍的混氣傳播，不斷地向外擴(kuò)展，形成如圖8-16中所示的火焰鋒。作為點火源的混氣團(tuán)本身，則由于燃燒和向下游移動，而把它的位置和作用讓位于一個來自上游的新混氣團(tuán)。這一過程周而復(fù)始，連續(xù)發(fā)生，在火焰筒頭部保持著穩(wěn)定燃燒。圖8-16火焰筒頭部燃燒過程示意圖1-油霧軌跡；2-回流區(qū)邊界；3一火焰鋒。(4)燃燒過程的組織已經(jīng)著火的高溫混氣，有一部分在到達(dá)主燃孔射流處還沒燒完，就和射流孔進(jìn)入的新鮮空氣混合，繼續(xù)燃燒，使燃燒區(qū)擴(kuò)大了。到達(dá)回流區(qū)尾部的燃燒著的混氣，進(jìn)入回流區(qū)時已基本燒完。這樣，進(jìn)入回流區(qū)中的高溫燃燒產(chǎn)物在噴嘴附近被主流帶走，在尾部得到補充，回流區(qū)內(nèi)的能量和質(zhì)量就可以維持平衡。綜上所述，可把火焰筒頭部工作情況描述如下：新鮮空氣經(jīng)旋流器不斷進(jìn)入，燃油不斷噴入，依靠回流區(qū)供給熱量，形成可燃混氣并著火燃燒。然后，小部分燃燒產(chǎn)物進(jìn)入回流區(qū)，補充回流區(qū)消耗掉的氣體質(zhì)量和能量。大部分燃燒產(chǎn)物則流到火焰筒后段，并與二股空氣摻混后流向渦輪輸出功。這一過程連續(xù)不斷，就可以使火焰在火焰筒頭部保持穩(wěn)定，從而可靠地組織了燃燒過程。(1)容積燃燒強度燃燒室容積大小取決于燃燒區(qū)的設(shè)計容積燃燒強度，設(shè)計容積燃燒強度越大，燃燒室體積越小，對應(yīng)容積內(nèi)溫度也越高。燃?xì)廨啓C(jī)中容積很小，對應(yīng)著極高的放熱強度，以獲得要求的高功率輸出。8.5.3燃燒室性能指標(biāo)(1)容積燃燒強度燃燒室容積燃燒強度指燃燒室在單位壓力下、單位容積內(nèi)每小時燃料燃燒所釋放的熱量，即火焰筒體積Vf來定義：燃燒室容積燃燒強度是反應(yīng)其結(jié)構(gòu)緊湊性的指標(biāo)，容積燃燒強度大意味著燃燒室尺寸小，重量輕。式中Wf，Hu，ηc，p3t，Vc分別為燃料流量，燃料低熱值，燃燒效率，燃燒室進(jìn)口總壓及燃燒室體積?；蛞园椿鹧嫱搀w積Vf來定義：(2)燃燒效率燃燒室的燃燒效率特性指燃燒效率隨燃燒室空氣-燃油比等變化的規(guī)律。大多數(shù)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在海平面起飛狀態(tài)下的燃燒效率幾乎是100%，在高空巡航狀態(tài)降低到98%,如圖8-17所示。在氣流狀況一定的情況下，有個最高的燃燒效率值，偏離這個點所對應(yīng)的空氣-燃油比和燃燒效率都將下降。圖8-17燃燒效率隨空－燃比變化(2)燃燒效率在偏富油一側(cè)：過多的油吸熱蒸發(fā)，頭部溫度下降，燃燒反應(yīng)速度減慢。高溫?zé)肴紖^(qū)就可能發(fā)生在回流區(qū)尾部和之后的區(qū)域。這里流速較高，部分油珠來不及燃燒，就會導(dǎo)致ηc下降。較大油珠的數(shù)量增加，在走完火焰筒全程后，尚未燃燒。容易產(chǎn)生積炭及冒煙，破壞氣流結(jié)構(gòu)，影響燃燒區(qū)的正常工作?？赡苁篃霟釁^(qū)脫離回流區(qū)而導(dǎo)致熄火，也容易引起振蕩燃燒和溫度過高燒壞火焰筒。在偏貧油一邊：較多的冷空氣較早地?fù)饺?，使得反?yīng)速度降低，導(dǎo)致ηc下降，但頭部燃燒進(jìn)行得較為充分，因此ηc下降得較為緩慢。同時，過低的供油量容易導(dǎo)致火焰熄滅。(3)燃燒穩(wěn)定性燃燒室有空氣-燃油比的富油極限和貧油極限，超出極限火焰就會熄滅。燃燒穩(wěn)定性是指在一定的進(jìn)口氣流條件下，能夠穩(wěn)定燃燒不被吹熄的燃燒室油氣比范圍，一般用燃燒室進(jìn)口空氣質(zhì)量流量（速度）與油氣比（空燃比）的關(guān)系曲線來表示，良好的穩(wěn)定性意味著能夠燃燒的油氣比范圍很寬。圖8-18給出了典型燃燒室穩(wěn)定工作包線。在曲線包圍的范圍內(nèi)即認(rèn)為可以進(jìn)行燃燒，在此范圍之外則不能維持燃燒?？梢钥闯?，隨著空氣流量的增大，在富油和貧油極限之間的油氣比范圍逐漸減小，最后當(dāng)空氣質(zhì)量流量增加到超過一定的值后，無論油氣比如何變化都無法燃燒。圖8-18典型燃燒室穩(wěn)定工作包線(4)點火可靠性在發(fā)動機(jī)啟動和空中再點火時，要求燃燒室能可靠地點火、迅速起動并轉(zhuǎn)入正常工作。點火性能的好壞用在一定的進(jìn)口氣流參數(shù)(壓力、溫度和流速)下，燃燒室能夠?qū)崿F(xiàn)可靠點火的富油極限及貧油極限的范圍大小來表示。在燃燒室中，用油氣比或余氣系數(shù)來表示燃油-空氣混合氣貧油或富油的程度，該范圍越寬，點火性能越好。燃燒室的點火性能一般用點火特性線來描述：在一定的進(jìn)氣條件下，順利實現(xiàn)點火的混合氣濃度(用余氣系數(shù)α或油氣比?表示)范圍所形成的點火包線，如圖8-20所示。圖8-20典型燃燒室點火包線(5)出口溫度場均勻度燃燒室出口的渦輪葉片，要承受很大的應(yīng)力和高溫氣流的沖擊，所以要求燃燒室出口氣流溫度場符合渦輪葉片高溫強度的要求，以保證渦輪的正常工作和壽命。燃燒室出口溫度分布不僅關(guān)系到渦輪的工作環(huán)境，而且直接影響第一級渦輪導(dǎo)向葉片和工作葉片的壽命及其可靠性，是燃燒室的重要性能指標(biāo)之一。(5)出口溫度場均勻度在燃燒室設(shè)計時，既要限制燃燒室出口溫度的平均值，也要給定要求的溫度分布，使其符合渦輪葉片高溫強度的要求，不要有局部過熱點，以保證渦輪的正常工作和壽命。一般來說，對于燃燒室出口火焰及溫度分布大體有如下要求：火焰除點火過程的短暫時間外，不得超出燃燒室。沿渦輪進(jìn)口環(huán)形通道的圓周方向，溫度盡可能均勻，在整個出口環(huán)腔內(nèi)最高溫度T*4max與平均溫度T*4m之差?T4max不得超過100~200℃。沿徑向溫度分布應(yīng)符合“中間高兩端低”的要求。圖8-21所示。圖8-21燃燒室出口溫度分布(5)出口溫度場均勻度通常用溫度系數(shù)δm來衡量燃燒室出口截面溫度分布的均勻度。δm通常不得超過20%。圖8-21燃燒室出口溫度分布

(6)壓力損失氣流流經(jīng)燃燒室會產(chǎn)生不可避免的壓力損失，壓力損失會降低氣流在渦輪及尾噴管內(nèi)膨脹做功的能力，使得發(fā)動機(jī)的推力及經(jīng)濟(jì)性下降。根據(jù)造成損失的來源，可將其分為四部分：擴(kuò)壓器中由于擴(kuò)壓作用而產(chǎn)生的流動損失?；鹧嫱策M(jìn)氣損失。從壓氣機(jī)經(jīng)過增壓的氣流，進(jìn)氣時大都有因摩擦、沖擊、轉(zhuǎn)彎及突擴(kuò)等引起損失?；鹧嫱驳目倝簱p失，包括以下三部分：燃料噴射霧化摻混及燃燒后與冷卻空氣的摻混引起的總壓損失；回流區(qū)強湍流擾動形成的損失；燃料燃燒使氣流加熱引起的總壓損失，即熱阻損失。氣流流過通道內(nèi)的各種障礙物及通道表面產(chǎn)生摩擦造成的損失。(7)燃燒排放污染物航空發(fā)動機(jī)燃燒中，主要污染物包括未燃燒的碳?xì)浠衔?未燃燒的燃油)、煙(碳粒)、一氧化碳和氮氧化物。在主燃燒區(qū)的富油區(qū)中，碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化成一氧化碳和煙。在稀釋區(qū)中空氣將一氧化碳和煙氧化成無毒的二氧化碳。稀釋區(qū)中的燃燒能減少該區(qū)中未燃燒的碳?xì)浠衔?，以確保完全燃燒。但是，在抑制其他污染物的同時會產(chǎn)生氮氧化物，火焰應(yīng)盡快冷卻下來并減少燃燒所用的時間。(8)壽命火焰筒壁面受高溫燃?xì)獾那治g和高溫燃?xì)庖鸬臒釕?yīng)力，導(dǎo)致火焰筒壁面產(chǎn)生裂紋、燒蝕、掉坎、變形等故障?，F(xiàn)代航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃燒室內(nèi)，火焰筒用高性能的耐熱鋼板制成的，且火焰筒壁面都采用了有效的冷卻措施，以保證在較長的壽命期內(nèi)安全可靠地工作。8.6航空發(fā)動機(jī)的加力燃燒室加力燃燒室是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的一個重要部件。普遍應(yīng)用于殲擊機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)上。對于戰(zhàn)斗機(jī)而言，要求發(fā)動機(jī)在短時間內(nèi)提供最大推力，以滿足起飛、爬升、加速、追擊等工作要求，增強飛行機(jī)動性，因此提出了“加力”的概念。發(fā)動機(jī)加力的方法有多種，但廣泛應(yīng)用的是復(fù)燃加力燃燒室（如圖8-22所示）。8.6.1概述圖8-22加力燃燒室結(jié)構(gòu)簡圖

加力燃燒室發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性并不好，由于渦輪后的氣流條件使得加力燃燒室中燃燒效率降低，僅為90％左右。此外，加力燃燒室工作時壓力比低很多，導(dǎo)致熱效率也低得多。所以當(dāng)加力燃燒室工作時，整臺發(fā)動機(jī)的熱循環(huán)效率就降低了，從而使發(fā)動機(jī)的單位耗油率顯著上升（增加2～3倍）。加力燃燒室由混合/擴(kuò)壓器、供油裝置、點火器、火焰穩(wěn)定器、防振隔熱屏和加力燃燒室筒體等部件組成。如圖8-23為典型加力燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖。8.6.2加力燃燒室結(jié)構(gòu)圖8-23為典型加力燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖(1)混合／擴(kuò)壓器對于渦扇發(fā)動機(jī)加力燃燒室，通常采用混合／擴(kuò)壓器（混合器）將內(nèi)外涵道兩股壓力、溫度、速度不同的氣流在進(jìn)入加力燃燒室之前進(jìn)行混合，其作用是：使內(nèi)外涵道氣流混合，使氣流減速擴(kuò)壓，并改善加力燃燒室進(jìn)口流場，從而利于燃燒過程的組織。此外，混合／擴(kuò)壓器還有降低噪聲，減少紅外輻射等功能，因此在加力燃燒室廣泛使用。(2)噴嘴及供油系統(tǒng)噴嘴系統(tǒng)由幾個環(huán)形同心輸油總管組成，總管用噴管內(nèi)的支板支撐。燃油通過在支板中的供油管供到輸油總管，然后通過燃油總管下游的孔，把燃油噴射到火焰穩(wěn)定器之間的火焰區(qū)。(3)火焰穩(wěn)定器從發(fā)動機(jī)渦輪出來的燃?xì)饬饕?50~400m/s的速度進(jìn)入噴管，加力燃燒室經(jīng)擴(kuò)壓器擴(kuò)壓后的氣流速度還有120～180m／s（Ma數(shù)約0.2），經(jīng)過擴(kuò)壓降速后進(jìn)入加力燃燒室的燃燒區(qū)。但擴(kuò)壓后的氣流速度仍高于正常燃油與空氣混合比狀態(tài)下的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，因此，需要設(shè)計火焰穩(wěn)定器設(shè)計用于燃油噴嘴的下游，提供一個湍流旋渦幫助燃燒，使部分燃?xì)馑俣冗M(jìn)一步降低，保持火焰穩(wěn)定。加力燃燒室對火焰穩(wěn)定器的基本要求：在規(guī)定的飛行包線內(nèi)能保證加力燃燒室穩(wěn)定燃燒；流阻小，火焰穩(wěn)定器的總壓恢復(fù)系數(shù)不低于0.97～0.98。(3)火焰穩(wěn)定器衡量火焰穩(wěn)定器的流動阻塞特性的常用參數(shù)為堵塞比?；鹧娣€(wěn)定器堵塞比的定義為：火焰穩(wěn)定器的迎風(fēng)面積與加力燃燒室的橫截面積之比?；亓鲄^(qū)的大小與堵塞比有直接關(guān)系：當(dāng)堵塞比較小時，回流區(qū)過小，火焰不易穩(wěn)定；當(dāng)堵塞比逐漸增大時，回流區(qū)也隨之增大，穩(wěn)定火焰的作用明顯加強。若堵塞比過大，則流通截面積減小，流過穩(wěn)定器邊緣的氣流速度加大。這不僅增大了阻力損失，而且容易把火焰吹走，對穩(wěn)定火焰不利。因此，堵塞比存在最佳范圍，在設(shè)計時應(yīng)該綜合火焰穩(wěn)定效果、燃燒效率和總壓損失三個方面的要求。目前，國內(nèi)外各機(jī)種加力燃燒室火焰穩(wěn)定器的阻塞比大多在0.30～0.45之間。(3)火焰穩(wěn)定器加力燃燒室最常用的火焰穩(wěn)定器是V形槽火焰穩(wěn)定器，其他還有蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器、沙丘駐渦穩(wěn)定器等?；鹧娣€(wěn)定器的布局方案有三種：環(huán)形布局、徑向布局、環(huán)形與徑向。V形槽火焰穩(wěn)定器：加力燃燒室中V形槽火焰穩(wěn)定器附近的流動結(jié)構(gòu)如圖8-24所示。圖8-24加力燃燒室的V形槽火焰穩(wěn)定器附近的流動結(jié)構(gòu)①為火焰穩(wěn)定器前來流區(qū)域；②為回流區(qū)區(qū)域；③為回流區(qū)結(jié)束后流動恢復(fù)區(qū)；U1為火焰穩(wěn)定器前來流速度；U2為氣流流經(jīng)火焰穩(wěn)定器后外側(cè)主流速度；D為火焰穩(wěn)定器寬度；θ為火焰穩(wěn)定器半角；L為回流區(qū)長度；W為回流區(qū)寬度；H為通道高度。(3)火焰穩(wěn)定器V形槽是一種V形鈍體結(jié)構(gòu)，其頭部采用小圓角半徑和張角為25°～30°的結(jié)構(gòu)，其流體阻力接近于流線型。有的發(fā)動機(jī)上的V形槽火焰穩(wěn)定器，其后緣還設(shè)計成帶有波紋的裙邊，這種結(jié)構(gòu)既增加了火焰鋒面，也解決了穩(wěn)定器后緣的熱膨脹問題。常規(guī)V形槽火焰穩(wěn)定器的阻力系數(shù)并不高，但是它在流動馬赫數(shù)較高的擴(kuò)壓器中工作時，總壓損失就會變得很大。即使設(shè)計良好的V形槽火焰穩(wěn)定器，其總壓損失仍可達(dá)1.5％～2％。V形槽火焰穩(wěn)定器的另一個缺點是其穩(wěn)定工作范圍窄，值班火焰穩(wěn)定器的穩(wěn)定工作范圍擴(kuò)大了很多，但其總壓損失與常規(guī)V形槽火焰穩(wěn)定器相當(dāng)。(3)火焰穩(wěn)定器蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器圖8-25為斯貝發(fā)動機(jī)加力燃燒室中的蒸發(fā)式火焰穩(wěn)定器。燃油流經(jīng)位于燃?xì)庵械纳咝喂茴A(yù)熱之后噴向濺油板（稱為附加燃油），與進(jìn)入蒸發(fā)管的小股空氣摻混形成富油混氣，從環(huán)形穩(wěn)定器底部噴出。同時，從穩(wěn)定器頂部均勻分布的長方形小孔進(jìn)入穩(wěn)定器內(nèi)部的少量空氣與蒸發(fā)管噴出的富油空氣摻混，在穩(wěn)定器內(nèi)形成內(nèi)回流區(qū)。由于這個回流區(qū)受到V形槽火焰穩(wěn)定器的保護(hù)，