● 摘要
冲压转子发动机是冲压发动机和燃气涡轮发动机的有机结合，其结构简单，工作效率高，但冲压转子压气机出口气流带有强烈的切向旋转动量，必须有与之相匹配的燃烧系统才能获得良好的整机性能。同时为了进一步提高常规燃气涡轮发动机的工作性能，需要简化其结构，抛弃不必要的部件，例如燃烧室进出口的导向叶片，这就需要对强旋流具有适应性的全新燃烧室。因此，本文提出了一种创新性的切向驻涡燃烧室概念，以满足冲压转子发动机和未来燃气涡轮发动机的要求。本文确立了切向驻涡燃烧室的基本结构和燃烧组织形式，并对其工作原理进行了详细分析，表明它与常规燃气轮机燃烧室相比，能够适应强旋流进口条件，其出口燃气也具有强旋流特征，因此可以消除对导向叶片的依赖。而独特的气动特性和燃烧组织形式更会对切向驻涡燃烧室的性能产生促进作用，切向空腔内的驻涡作用以及强旋流产生的高离心力效应则具有提高燃烧效率、拓宽稳定工作范围和减少污染排放的潜力。对切向驻涡燃烧室中所涉及到的关键基础问题开展了大量研究工作。试验研究内容包括头部供油方式的稳火性能与液雾分布特性、切向旋流离心力场对燃烧的影响作用以及全环燃烧室的基本燃烧性能，验证了切向驻涡燃烧室技术的可行性。试验结果表明：离心式同向双旋流空气雾化喷嘴具有良好雾化效果和自稳火能力，可以保证切向驻涡燃烧室中的稳定高效燃烧；空气雾化喷嘴在直段空腔和弯曲空腔中受到切向横向气流干扰，对其火焰传播与稳定性有所影响，但高离心力场则有利于加快两相扩散射流火焰的传播速度并增强燃烧稳定性；常压下全环切向驻涡燃烧室在一定工作范围内拥有良好的贫油熄火性能，而它的点火性能和贫油熄火性能与燃烧室进口空气温度、火焰筒压降以及空腔离心力均有关，并且其性能还具有进一步改善的潜力。对切向驻涡燃烧室进行的三维数值模拟研究则显示了空腔驻涡强旋流和高离心力作用下的流动和燃烧特性有助于燃烧室性能的改善。无论对冲压转子发动机还是燃气涡轮发动机来说，本论文提出的切向驻涡燃烧室概念都具有创新意义，并对此开展了开创性的探索研究，为其长远的发展和应用奠定基础。