小空气流量发动机燃烧室设计及进展

随着占据直升机动力数量70%的小空气流量发动机的发展，燃烧室设计技术取得了长足的进展。现代直升机涡轴发动机将进一步解决好小空气流量燃烧室燃油均匀分布、雾化好和因发动机的尺寸效应形成的冷却面积相对变大和燃烧室相对变长等一系列问题。现代涡轴发动机有很多采用折流形（带离心甩油盘），或回流环形燃烧室。

（1）折流环形甩油盘式燃烧室及其特点

折流环形式也称折流环形甩油盘式燃烧室，如图3－42 所示。燃油从发动机轴的中心沿径向向火焰筒内喷射（离心式甩油盘供油和雾化），然后向顺着发动机轴向的后方流动，火焰筒形状则是相应地从径向往轴向折转。这种方案的特点是燃油供油压力低、雾化质量高、周向分布均匀，而且结构紧凑，其最大直径与采用的组合式或离心式压气机的出口接合面尺寸相当。

图3-42　折流环形甩油盘式燃烧室（书后附彩插）

如法国TM 公司的阿赫耶系列、马基拉系列，它们均带有离心式甩油盘，需要燃气流折流及其相对应的供油系统，这种方案能使燃油分布均匀，达到所需要的雾化程度，且与燃油供油压力无关。其雾化只取决于甩油盘旋转速度，不需要高压燃油泵，大大简化了燃油系统并增加了安全性。但这种甩油盘式环形折流燃烧室刚性差，而且低转速下燃油雾化不良，影响燃烧效率，不宜在流量大的发动机上采用。(www.xing528.com)

（2）回流环形燃烧室及其特点

直升机发动机发展到第三代末和第四代，中、小型涡轴发动机多采用回流环形式燃烧室，其典型方案如图3－43 所示，在尺寸和结构形式上使得压气机和涡轮转子之间距离最短，这首先在缩短全机尺寸、提高整体刚性和解决转子动力学问题等方面得到了好处。其特点是对压气机出口流场不敏感，出口温度均匀，可直接点火，减少发烟和污染，而且单位气动负荷大、单位容热强度高，燃烧室燃烧完全度高，流速低，压力损失小。其燃烧完全度达0.99 以上，燃烧室总压恢复系数为0.965～0.980，出口温度周向不均匀度达0.2～0.30，涡轮导向器后周向温度不均匀度可达0.08～0.12。随着涡轴发动机涡轮前温度日益提高，对温度的不均匀度要求更高，以防止热点温度过高，烧坏涡轮部件，而回流环形燃烧室在这方面则较为优越。

图3-43　回流环形燃烧室方案

这种回流环形燃烧室的缺点是：需冷却的火焰筒表面积相对增大，火焰筒通道高度小，存在转弯附加损失问题。在较先进涡轴发动机中，采用回流环形式燃烧室的有英国罗·罗公司的GEM（“宝石”）系列，法国TM 公司的TM333、TM319，美国莱康明公司的 T53、T55 系列，以及国际合作的RTM322 系列、MTR390 系列等。