● 摘要
涡轮风扇发动机中，传统加力燃烧室的钝体火焰稳定器给发动机带来了很大的附加重量和非加力状态流动损失，这两个方面是制约未来涡扇发动机达到更高推重比的重要因素。在新型一体化加力燃烧室设计中，将涡轮后支板与钝体火焰稳定器进行一体化设计，称为支板火焰稳定器。由于新型涡轮后支板同时要起到火焰稳定器的作用，过高的温度会使得支板火焰稳定器内部的喷油杆无法正常工作，并增大发动机的红外特征，影响其隐身性能，故必须对支板火焰稳定器进行冷却。 本文根据支板火焰稳定器的冷却要求，设计了6种不同的冷却方案，并对各方案进行数值模拟计算，在此6种方案的基础上，优化出了一种方案，并对优化后的方案在真实加力燃烧室环境中进行了模拟计算。所有计算均采用流固耦合的方法，在商用软件CFX上完成。定常计算的湍流模型为RNG k-ε模型，空间离散采用二阶迎风格式，辐射模型采用P1模型，压力和速度耦合采用SIMPLE算法。 对不同结构的冷却方案的计算结果表明：内部两腔体结构的冷却方案无法满足喷油杆的冷却要求；内部三腔体结构的冷却方案可同时满足喷油杆的冷却要求与支板的冷却；气膜冷却在支板火焰稳定器的冷却方案中虽然可以起到一定的降温作用，但需要消耗额外的冷却空气，与设计原理相违背；优化后的方案在应用于实际加力燃烧室工作环境中时，无法从外涵引入足够的冷却空气，冷却效果不好，需要配合以额外的引气设备。