南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能 源与动力学院 宋迎东
５ 燃烧室、加力燃烧室和排气装置
５.１ 燃烧室
(本节应注意与燃烧课程的协调，避免重复)
５.１.１概述
(1) 功用：将燃的化学能转换成气体的热能,并加热到涡轮前允许的温度。
(2) 燃烧环境：
(3) 设计要求 (简介组织燃烧)
1) 烧着：
2) 烧稳：
3) 烧好：
4) 寿命：
5) 维护方便。
５.１.２ 基本类型：(从简)
(1) 分管式── WP5
(2) 环管(联管)式── WP6、SPEY
(3) 环形式(包括全环形的、带头部的以及短环形的)── WJ6、RB199。
(4) 回流式── JT15D
(5) 折流式── TM3C、J69。
５.１.３ 基本构件
组成：扩压器、壳体、火焰筒、喷嘴与点火器。
５.１.３.１ 扩压器
(1) 功用：
1) 降速增压，损失小。
2) 空气分配
(2) 从气路角度出发：
1) 一级扩压── SPEY、WP6
2) 二级扩压── JT3D
3) 突然扩张── RB199、TM3C
(3) 从结构角度出发：
* 要求── 保证型面；可靠传力─>强度、刚性要好(“热”矛盾较缓和)。
1) 承力支柱(板)── 呈流线化── JT3D
2) 末级静叶承力── WP6、WP7、WP8
3) 气路中管道安排。
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５.１.３.２ 壳体 (内、外机匣)
(1) 外机匣── 内压薄壁件
(2) 内机匣── 外压薄壁件
５.１.３.３ 火焰筒
* 组成：涡流器、本体及传焰管。
(1) 涡流器
* 功用── 引入一股流，并形成回流区，保证烧着、烧稳。
1) 叶片式 (通常用于非蒸发式喷咀)。
2) 无叶片式
(2) 本体
1) 头部── 其与涡流器、喷咀密切配合。
2) 筒体
(3) 传焰管
* 功用── 传焰、均压。
(4) 火焰筒固定形式呈“静定”
* 简支式── 喷咀铰支，后端定位── WP6、WP7、WP8
* 悬臂式
JT3D、J57── 利用向前的轴向力而使火焰筒顶死在六个喷咀上。
WJ6、JT9D、WP5── 在前段利用径(斜)向销钉固定之。
５.１.３.４ 喷咀
(1) 功用─将燃油雾化、汽化，并形成一 定浓度场的混气（注意煤油与柴
油、汽油的区别)。
(2) 设计要求：
1) 混气要求具有稳定燃烧的浓度场─雾化方法必须与回流区相适应。
2) 在满足雾化条件下，油泵压力应尽可能低，以简化燃油系统。
3) 起动性要好─因为此时油泵无法建立正常油压。
(3) 结构特点：
1) 离心喷咀
2) 气动喷咀
3) 蒸发喷咀
4) 甩油喷咀
５.１.３.５ 点火器
(1) 功用─在结构简单的条件下,保证各种状态可靠点燃。
(2) 点火方式
1)间接式
* 先点燃特制的微型燃烧室(点火器)，形成小火炬，再作引燃用。
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* 固定形式要注意密封、漏油和膨胀自由等因素。
点火器与机匣为固持、与火焰筒为活铰。
* 点火能量大,高空性能较好。
对安装位置(相对于主燃区)不太敏感─通常与联焰管联合使用。
* 要注意其引气(点火用)与冷却(点火器不工作时不形成死区)；重、复杂。
2)直接式
* 常用高能低压电咀─可防止导通时电压骤降，而影响电能输出。
* 简单、轻。
* 对安装位置要求严─因点火能量受限，故必须位于高温区。
易污染或烧蚀 (通常置于火焰筒头部)。
(3) 周向布局的影响因素：
上半部─清洁
中 部─传焰路线最短。
下半部─贫油熄火后再起动容易，但点火器易污染。
５.１.４ 排污与控污
５.１.４.１ 污染物生成
* 正常燃烧产物为二氧化碳和水蒸汽。
1) CO─供氧不足而成─无味、有毒──────┬慢车时雾化不好所致。
2) UHC(U-未燃)─ 燃料燃烧不完全─臭味、致癌┘
3) SO2─燃料杂物(受油质、产地影响)引起─对环境和金属均有害。
4) NOX(大气污染物-NO、NO2)─高温时两种离子直接结合所致─有毒( 形
成
亚硝酸和硝酸)── 起飞时大功率状态温高所致。
5) 微粒子(炭粒与冒烟) ─局部高温富 油区燃烧不完全所致─污染环境和
降
低能见度。
５.１.４.２ 主要控污措施
* 由于工况不同，生成的污染物也不同， 因此相互间有矛盾，容易顾此失
彼。 低功率时生成 CO、UHC 与冒烟，高功率时生成 NOX。
(1) 排气冒烟污染控制技术
1)低功率污染在于使火焰筒头部的局部富油区得以减弱或减小。
2)高功率污染在于使燃区降温─提前引入二股气流较有效。
(2) 低污染燃烧室研制
#通常按分级(串、并级)处理之，即分为预燃级和主燃级。
#前者以改善雾化为主，后者以降温为主。
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５.１.５ 材料与涂层
５.１.５.１ 要求
热强、热安定性、耐蚀性、热苄钣材)与可焊性。
５.１.５.２ 主要材料
低温区─不锈钢 1Cr18Ni9TiA、结构钢 30CrMoSiA、碳钢 10#。
高温区─镍基 GH30、GH39、GH44。
５.１.５.３ 表面涂层
* 功用─防腐、隔热─>提高热强。
* 类别：
1)高温珐琅涂层─厚度 0.04￣0.10 MM，烧结而成─自身脆， 且母材性能
下降。
2)热扩散涂层─渗铝，防氧化─母材性能受影响。
3)热喷镀涂层─要有起粘结作用的中间层─用于难熔材料的防氧化。
4)烘烤涂层─受粘结剂性能影响。
５.２ 加力燃烧室
５.２.１ 概述
(1) 功用─使发动机在最大状态下继续提 高推力─补燃( 其前提是主机参
数
不变，因此加力室必须与尾喷管协调工作)。
(2) 工作环境
* 进口温度高(950￣1000C 以上)，对燃烧有利。
* 但是：
速度大(350￣450M/S)；压力低(高空低速时,其比一个大气压低得多)。
含氧量小(尤其对于高 T3*，其含氧量更低)
余气系数低(因为无转动件，温度可达 2000K，ALFA＝1.2￣1.5)。
* 所以，加力室不需二股气流降温，而且也会引起损失增大( 流速大)。
(3) 设计要求
1)薄壁园筒应具有足够的强度与刚性(含失稳)
2)流阻要小(因为流速大)
3)热膨胀自由
4)起动平稳与迅速(其与尾喷管的协调操纵有关)
５.２.２ 基本构件
组成：扩压器、混合器、稳定器、供油与点火装置、壳体等。
５.２.２.１ 扩压器
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(1) 功用─降速、增压。
(2) 结构特点
５.２.２.２ 混合器
(1) 功用─将外涵空气引入内涵用(用于加力风扇发动机)。
(2) 结构：
1) 漏斗混合器─利用多个漏斗引气
2) 环形混合器─利用平行射流紊流混合，在该区内可设置火焰稳定器。
3) 菊花混合器─(介于上述之间)
５.２.２.３ 火焰稳定器
(1) 设计要求
1) 权衡烧着、烧稳、烧好与阻力小间的矛盾。
2) 传焰要求突出─对烧着、烧稳均有利。
3) 具有足够刚性与热膨胀自由─否则会 引起局部过热；热变形对燃烧较
敏感。
(2) 结构特点
1) 环形稳定器：
2) 径向稳定器─WP7 乙、WP13(都有大小各十个稳定器)
3) 蒸发式稳定器: (SPEY 或 WS9)
4) 气动式稳定器: (法国“阿塔”)
5) “沙丘”式稳定器：
５.２.２.４ 供油系统与点火装置
(1) 喷咀特点：
1) 喷油量需由自动控制实现之，不能人为随意调节。
这是由于要求主机参数不变所致。显然， 油量的变化范围和变化率都比主
燃烧室要小些。
2) 喷咀位置与稳定器形式密切相关。
通常在稳定器前形成均匀混气，而在其附 近形成局部富油区( 因为回流区
小，来不及形成良好的浓度场)。
3) 喷咀小而数量多，以保证雾化质量。
(2) 常用形式
1) 单路离心喷咀
2) 直流喷咀
3) 针塞喷咀
(3) 供油系统
(4) 点火装置
1) 预燃室(WP6、WP7)
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2) 高能电咀 (F100 的值班稳定器内)
3) 催化点火(SPEY)
4) 热射流 (J57-F13)
５.２.２.４ 壳体
(1) 功用：
1)保证燃气能正常地(不振荡)、完全地燃烧。
2)承受一定负荷。
3)有时需与飞机长度协调。
(2) 结构：
５.３ 排气装置
５.３.１ 尾喷管
(1) 功用：将燃气的部分热焓转变成动能，并以一定方向排出。
(2) 要求：
1)具有足够刚性，以保证排气流量精度与喷口动作的灵活性。
2)喷口动作要求平稳，以使发动机状态变化匹配。
(3) 尾喷管结构：
1) 不可调收敛喷口 WP5、WP8 (可增有延伸管)
2) 可调式收敛喷口 (通常用于加力状态)
<1> 鱼鳞片调节 WP6
形状复杂、刚性好(薄壁、盒形)，且需通风冷却。
鱼鳞片调节要求打开快、收拢慢；且需同步动作。
喷口面积应能调整，以满足各状态的推力要求。
鱼鳞片片数的确定─可用于推算加力比。
安装座可兼作辅助安装节。
<2> 气动调节 (引压气机空气)
3) 可调收敛扩张式喷口
双控鱼鳞片 J79 复杂
单控鱼鳞片 J57、WP15
引射式 利用冲压的高压空气
4)`矢量'喷口 飞马发动机(垂直、短距起落用)
５.３.２ 反推力装置
功用：缩短飞机着陆滑跑距离。
要求：强刚度足够大；
简单可靠，且能重复使用(广泛用于民航)。
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结构：蚌壳式 SPEY 511 (与喷口联体)；
Olympus (喷口与反推力分开)，
叶栅式 RB211 (外函反推力)。
５.３.３ 消音装置
`噪音'是协和飞机未获广泛使用的致命原因之一。
(1) 噪音来源
外噪音
内噪音
(2) 噪音特点
1)工作状态不同而噪声表现不同。
慢车状态──高频哨音声， 最大状态──低频轰鸣声 ；
不正常时── 振荡燃烧或喘振或其它。
2)有方向性─通常沿进出口轴线成 20￣50 度的方向为最大。
3)轰鸣噪声与喷气速度有关─亚音时与 8 次方成正比；超音时与 3 次方正
比
(3) 结构─ (仅针对轰鸣噪声的消音装置而言)
* 原理：分散紊流混合的能量； 减小紊流混合的气动剪力。
1)星形式── 增加与周围气体的接触区,或细化射流柱。
2)波纹式── 利用引射作用，减小相对速度差。
