微型涡轮喷气发动机燃烧室的制作方法

1.本实用新型涉及微型涡轮喷气发动机领域，尤其涉及一种微型涡轮喷气发动机燃烧室。


背景技术：

2.涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，其中，空气通过进气道进入发动机，并通过压气机和扩压器对空气进行加压，加压后的空气进入燃烧室，通过燃烧室进行升温，从燃烧室流出的高温高压燃气流经涡轮和尾喷管，最终从尾喷管喷出。发动机启动过程中的顺利点火是发动机整体性能的一个重要指标。发动机要实现点火，需要通过点火器将发动机燃料点燃，点燃后随着源源不断的压缩空气进入燃烧室，配以后续燃料连续的补充，发动机就可以实现持续的工作。
3.燃烧室是微型涡轮喷气发动机的核心部件，相当于发动机的心脏，燃烧室的燃烧质量直接影响发动机的性能水平，因此燃烧室的内点火装置非常重要。目前微型涡轮喷气发动机普遍采用加热陶瓷加热棒的方式进行点火，陶瓷点火器原理上是利用其自身的高阻值发热特性产生高温点燃燃油，因此需要预热和加热才能使其达到点火的温度，燃油需要与点火器接触一定的时间才能被点燃，点火时间长、效率低；同时为保证在点火初期，一层薄薄的燃料可以附着在陶瓷加热棒表面，发动机只能允许在特定的安装角度进行启动，否则在个别角度，发动机燃料受重力影响，快速流经加热棒，无法完成附着的过程，点火很难成功，影响发动机点火的稳定性；除此之外，陶瓷加热棒在每次点火过程中都需通过较高电压以及较大电流保持较高的温度，并且为了保证点火成功率，高电压大电流的持续时间较长，不仅能源消耗较大，而且还会对陶瓷加热棒造成较大的损耗，影响其使用寿命。
4.因此，涡轮喷气发动机的燃烧室内需要一种点火装置来解决目前点火器点火时间长、易磨损、且点火成功率不稳定的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种微型涡轮喷气发动机燃烧室，燃烧室内的点火模块采用高压电弧点火器与启动燃油喷射器相配合的方式对发动机进行点火，无需预热过程，缩短了点火时间，且点火器使用寿命长，有效提高了微型发动机的点火稳定性和整体的可靠性。
6.为了达到上述目的，本实用新型公开了一种微型涡轮喷气发动机燃烧室，包括燃烧室壳体，所述燃烧室壳体内设置主燃油供油毛细管、蒸发管及点火模块，其特征在于，所述点火模块包括高压电弧点火器和启动燃油喷射器，所述高压电弧点火器包括放电正极和放电负极，所述放电正极为针式电极，所述放电负极为尖端结构并设置在所述放电正极旁，所述放电正极对所述放电负极放电产生高压电弧，所述高压电弧点火器与所述启动燃油喷射器相配合对发动机进行点火。
7.进一步具体的，所述燃烧室壳体包括第一套筒、第二套筒和第一端盖，所述第一套
筒套设于所述第二套筒上，所述第一套筒与所述第二套筒通过所述第一端盖相连接。
8.进一步具体的，所述燃烧室壳体的第一套筒或第一端盖上设置通孔，所述放电负极设置于所述通孔上。
9.进一步具体的，所述放电正极穿过所述通孔伸入燃烧室内。
10.进一步具体的，所述放电负极的数量为至少一个。
11.进一步具体的，所述启动燃油喷射器设置于所述燃烧室壳体上，启动燃油喷射方向对准所述高压电弧点火器。
12.进一步具体的，所述燃烧室壳体的第一套筒和第二套筒上设置有若干进气孔。
13.进一步具体的，所述第一套筒上的进气孔包括从靠近所述第一端盖的一端至另一端依次设置的第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔呈v形排列。
14.可选的，所述第一套筒的进气孔的孔径从靠近所述第一端盖的一端至另一端逐渐增大。
15.进一步具体的，所述主燃油供油毛细管设置于所述蒸发管内。
16.进一步具体的，所述燃烧室壳体的一侧与第二端盖连接，所述蒸发管设置在所述第二端盖上。
17.本实用新型的有益效果是：
18.微型涡轮喷气发动机燃烧室中的点火模块采用高压电弧点火器尖端放电以及启动燃油喷射器喷射雾化燃油相结合的方式对发动机进行点火，高压电弧点火器利用高压放电原理产生电弧，可在瞬间完成对雾化燃油的点火，无需预热过程，且由于燃油不断经由启动燃油喷射器雾化喷出，在燃烧室内可持续更大范围燃烧，更有利于缩短整体点火时间；同时，燃油喷射对发动机安装角度没有限制，使得发动机点火更加快速和容易，提高了发动机点火的稳定性；此外，高压放电对点火器自身几乎没有磨损，因此延长了点火器的使用寿命，提高了发动机整体的可靠性。
附图说明
19.图1是本实用新型的涡轮喷气发动机主体结构示意图；
20.图2是图1中a-a处的剖视图；
21.图3是图2中b部位的放大结构示意图；
22.图4是本实用新型的涡轮喷气发动机燃烧室部分剖面结构示意图；
23.图5是图4中c部位的放大结构示意图；
24.图6是本实用新型的涡轮喷气发动机主体不含燃烧室壳体的结构示意图；
25.图7是本实用新型一个实施例中的机燃烧室壳体结构示意图；
26.图8是本实用新型的另一个实施例中的燃烧室壳体结构示意图；
27.图9是图8中d部位的放大结构示意图；
28.图10是本实用新型的涡轮喷气发动机的第二端盖结构示意图。
29.图中：10、燃烧室壳体；110、第一套筒；120、第二套筒；130、第一端盖；140、通孔；150、进气孔；151、第一进气孔；152、第二进气孔；160、第二端盖；20、启动燃油喷射器；30、高压电弧点火器；310、放电正极；320、放电负极；40、主燃油供油毛细管；50、蒸发管；60、启动燃油供油管。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型作详细的描述。
31.如图1-图6所示，一种微型涡轮喷气发动机燃烧室，包括燃烧室壳体10，燃烧室壳体10内设置主燃油供油毛细管40、蒸发管50及点火模块，点火模块包括高压电弧点火器30和启动燃油喷射器20，高压电弧点火器30包括放电正极310和放电负极320，放电正极310为针式电极，放电负极320为尖端结构并设置在所述放电正极310旁，放电正极310对所述放电负极320放电产生高压电弧，所述高压电弧点火器30与所述启动燃油喷射器20相配合对发动机进行点火。
32.如图7、图8所示，燃烧室壳体10包括第一套筒110、第二套筒120和第一端盖130，所述第一套筒110套设于所述第二套筒120上，且第一套筒110 的中轴线与第二套筒120的中轴线重合，从而使第一套筒110和第二套筒120 之间形成一个规则的环形燃烧室，以使火焰在燃烧室内均匀分布，且第一套筒 110与第二套筒120通过第一端盖130相连接。
33.如图2、图3、图8、图9所示，燃烧室壳体10的第一端盖130或第一套筒110上设置通孔140，在本实施例中，通孔140设置在第一端盖130上。放电正极310穿过通孔140伸入燃烧室内，放电负极320设置于通孔140上，且与燃烧室壳体10为一体式结构。放电负极320的数量为至少一个，在本实施例中，放电负极320的数量为2个，且对称的设置在放电正极310两侧。
34.高压电弧点火器30通过高频振荡器产生高频电压并经由升压器进一步升压后在放电正极310端部形成非常高的正电压，而由于放电负极320直接集成在燃烧室壳体10上，燃烧室壳体10通过螺钉等金属与发动机外壳相连，发动机外壳与地线相连，燃烧室壳体10为零电势，因此在高压电弧点火器30的放电正极310和放电负极320之间就产生了一个比较大的电势差，放电正极310 对放电负极320进行尖端放电产生高压电弧。
35.高压电弧点火器30采用非接触式的尖端放电方式，电弧的电流和功耗很小，对点火器的损耗非常小，不仅能够节约能源，而且不影响点火器的使用寿命，提高了发动机整体的可靠性。
36.如图1、图4、图5、图6所示，启动燃油喷射器20设置于燃烧室壳体10 上，启动燃油喷射方向对准高压电弧点火器30。在本实施例中，启动燃油喷射器20设置于燃烧室壳体10的第一套筒110上，一端与启动燃油供油管60连接。启动燃油喷射器20相对燃烧室第一套筒110倾斜设置，燃油喷射方向对准高压电弧点火器30，从而在点火过程中，启动燃油喷射器20中喷出的雾化燃油直接准确地喷射到高压电弧点火器30上，使得发动机的点火更加快速和容易，有效缩短点火时间。
37.点火模块通过启动燃油喷射器20将液体燃油雾化，小颗粒的燃油滴更易被点燃，同时高压电弧点火器30利用高压放电产生的电弧可在瞬间完成对雾化燃油的点火，无需预热过程，且由于燃油不断经由启动燃油喷射器20雾化喷出，在燃烧室内可持续更大范围燃烧，更有利于缩短整体点火时间；同时燃油喷射对发动机安装角度没有限制，使得发动机点火更加快速和容易，提高了点火的稳定性。
38.如图7所示，燃烧室壳体10的第一套筒110和第二套筒120上设置有若干进气孔150，燃烧室外的气体经由进气孔150进入燃烧室内并排出，通过冷热交换作用带走燃烧室内的部分热量，从而能够降低第一套筒110和第二套筒120 壁面的温度，此外进气孔150还
起到油气掺混的作用，使燃烧室内燃烧更加均匀，从而使出口温度分布更加均匀。第一套筒110上的进气孔150包括从靠近第一端盖130的一端至另一端依次设置的第一进气孔151和第二进气孔152，第一进气孔151呈v形排列，第二进气孔152的孔径大于第一进气孔151的孔径，从而使得燃烧室的轴向上空气进入量更加均匀，有效提高燃烧效果。呈v 形排列的第一进气孔151有利于增加燃烧室的进气量，使得燃烧更加充分，提高燃烧效率，进而提高发动机在点火过程中的加速性能，同时有助于点火成功至发动机正常运转阶段的平稳过渡，提高了点火的稳定性。
39.如图8所示，在另一个实施例中，第一套筒110上的进气孔150的孔径从靠近第一端盖130的一端至另一端逐渐增大，因为气体从第一端盖130沿轴向流动的过程中，速度、量逐渐减小，第一套筒110上的进气孔150的孔径逐渐增大，可以使燃烧室的轴向上空气进入量更加均匀，有效提高燃烧效果。
40.如图4、图6、图10所示，所述燃烧室壳体10的一侧与第二端盖160连接，蒸发管50设置在第二端盖160上。具体的，第二端盖160的内壁上固定设置有多个蒸发管50，主燃油供油毛细管40设置于蒸发管50内，且与燃烧室内部连通，主燃油供油毛细管40用以在点火后为燃烧室提供燃油，蒸发管50起到燃油预热的作用，当发动机点火后，蒸发管50在燃烧室内的火焰包围下快速升温，燃油流入置于蒸发管50内的主燃油供油毛细管40时，迅速完成预热并以雾状形态喷入燃烧室内，从而更加有助于其在燃烧室内的燃烧。
41.微型涡轮喷气发动机的具体启动过程如下：
42.1)当点火指令发出后，连接发动机的电池提供的电能量经过高频振荡器以及升压器后，在高压电弧点火器30的放电正极310顶部产生一个非常高的正电压，放电正极310向放电负极320放电产生高压电弧；与此同时，点火控制模块控制启动电机开启，空气经过压气机和扩压器的增压后进入燃烧室内。
43.2)点火控制模块控制启动油路电磁阀打开，油泵开始工作，油箱中的燃油通过油泵经启动燃油供油管60流入启动燃油喷射器20中，经由启动燃油喷射器20将燃油以雾状形态准确喷射到高压电弧点火器30放电产生的电弧上。燃油在点燃前不需要进行预热，喷射后的燃油形成小颗粒的燃油滴，由于单个燃油滴的体积非常小，使其被成功点燃所需要的能量随之降低，同时，一定体积的燃油，喷射后形成雾状形态，小颗粒的燃油滴与燃烧室内的空气能够充分接触，为其能够顺利被点燃提供了有利的条件，此外，雾状的燃油有利于扩散到整个燃烧室中，使得点火成功后火焰面积变大，后续喷射的燃油更容易被点燃，同时提升了整体火焰的抗空气干扰能力，可以允许更大流量的空气进入燃烧室参与燃烧。
44.3)火焰生成后，点火控制模块控制启动电机迅速提升转速，带动压气机更快速转动，吸入并压缩更多的空气，使更多的压缩空气通过扩压器进一步增压后进入燃烧室参与燃烧，使燃烧更加剧烈，从而更快速地到达发动机的怠速点。
45.4)随着进气量的增大，点火控制模块控制主油路电磁阀打开，更大量的燃油通过油泵和主油路电磁阀进入主燃油供油毛细管40中。得益于启动燃油喷射器20使启动部分的燃油以雾状形态进入燃烧室参与燃烧，使得燃烧室内的火焰面积较大，能够更均匀地对分布在燃烧室内的蒸发管50进行加热，由于蒸发管 50已经在燃烧室内的火焰包围下急剧升温，当燃油流入置于蒸发管50内的主燃油供油毛细管40时，能够迅速完成预热过程，并以雾化形态喷入燃烧室中，更加有助于其在燃烧室内的燃烧。
46.5)燃烧室内的雾化燃油与压缩空气进行更加剧烈的燃烧，气体燃烧后膨胀，在排出发动机的过程中流经涡轮，带动涡轮加速转动，从而使发动机转子加速转动，发动机转速上升，压气机转速也同步上升，压缩空气也越来越多，燃烧越来越剧烈，直到发动机达到怠速，启动过程结束。
47.综上，本实用新型提供了一种微型涡轮喷气发动机燃烧室，燃烧室内的点火模块采用高压电弧点火器30尖端放电以及启动燃油喷射器20喷射雾化燃油相结合的方式进行点火，无需传统陶瓷加热棒点火中必须的预热过程，有效缩短点火时间，并且可以不受发动机安装角度的影响，使得发动机点火更加快速和容易，提高了发动机点火的稳定性；同时，高压放电对点火器自身几乎没有磨损，因此延长了点火器的使用寿命，提高了发动机整体的可靠性；此外，燃烧室壳体10的第一套筒110上的进气孔150的孔径变化和分布设计使得燃烧室的轴向上空气进入量更加均匀，提高了燃烧室的燃烧效率和点火的稳定性。
48.需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种微型涡轮喷气发动机燃烧室，包括燃烧室壳体，所述燃烧室壳体内设置主燃油供油毛细管、蒸发管及点火模块，其特征在于，所述点火模块包括高压电弧点火器和启动燃油喷射器，所述高压电弧点火器包括放电正极和放电负极，所述放电正极为针式电极，所述放电负极为尖端结构并设置在所述放电正极旁，所述放电正极对所述放电负极放电产生高压电弧，所述高压电弧点火器与所述启动燃油喷射器相配合对发动机进行点火。2.根据权利要求1所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室壳体包括第一套筒、第二套筒和第一端盖，所述第一套筒套设于所述第二套筒上，所述第一套筒与所述第二套筒通过所述第一端盖相连接。3.根据权利要求2所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室壳体的第一套筒或第一端盖上设置通孔，所述放电负极设置于所述通孔上。4.根据权利要求3所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述放电正极穿过所述通孔伸入燃烧室内。5.根据权利要求1所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述放电负极的数量为至少一个。6.根据权利要求1所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述启动燃油喷射器设置于所述燃烧室壳体上，启动燃油喷射方向对准所述高压电弧点火器。7.根据权利要求2所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室壳体的第一套筒和第二套筒上设置有若干进气孔。8.根据权利要求7所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述第一套筒上的进气孔包括从靠近所述第一端盖的一端至另一端依次设置的第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔呈v形排列。9.根据权利要求7所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述第一套筒的进气孔的孔径从靠近所述第一端盖的一端至另一端逐渐增大。10.根据权利要求1所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述主燃油供油毛细管设置于所述蒸发管内。11.根据权利要求1所述的微型涡轮喷气发动机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室壳体的一侧与第二端盖连接，所述蒸发管设置在所述第二端盖上。

技术总结
本实用新型涉及一种微型涡轮喷气发动机燃烧室，包括燃烧室壳体，燃烧室壳体内设置主燃油供油毛细管、蒸发管及点火模块，点火模块包括高压电弧点火器和启动燃油喷射器，高压电弧点火器包括放电正极和放电负极，放电正极为针式电极，放电负极为尖端结构并设置在放电正极旁，放电正极对所述放电负极放电产生高压电弧。燃烧室内的点火模块采用高压电弧点火器尖端放电与启动燃油喷射器喷射雾化燃油相配合的方式对发动机进行点火，无需预热过程，有效缩短了点火时间，且对发动机安装角度没有限制，使得发动机点火更加快速和容易，提高了点火的稳定性；同时尖端放电对点火器自身几乎没有磨损，延长了点火器的使用寿命，提高了发动机整体的可靠性。机整体的可靠性。机整体的可靠性。


技术研发人员：马库斯
受保护的技术使用者：苏州凯德航空科技有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/5/25