1.本实用新型涉及燃烧室的燃油控制系统。
背景技术：
2.随着大气环境问题在世界范围内受到越来越多的关注，对于航空发动机污染物排放要求也是越来越严苛。下一代航空发动机产品市场需求表明，氮氧化物(nox)的排放量比现行国际民航组织(icao)规定标准caep6 要进一步减少45％～60％左右。采用中心分级贫油燃烧室可以有效的降低nox的排放。这种燃烧室使用一种分级喷嘴，在小状态下仅有预燃级喷嘴供油，大状态下主燃级喷嘴和预燃级喷嘴共同供油，通过这种分级供油的方式，保证点火、慢车等小状态下的燃烧稳定性和起飞、爬升等大状态下的nox排放性能。然而，这种组织燃烧方式容易发生燃烧振荡的风险，即在运行过程出现某一频率的压力脉动超出可接受的范围，一旦发生燃烧振荡，可能造成发动机性能衰退甚至结构损坏。
3.振荡燃烧是中心分级贫油燃烧的固有特征，它是燃烧释热波动与发动机硬件声学模态相互耦合现象。鉴于安全考虑，通常方法需要分配更多的燃油分配给预燃级，增强相对稳定的扩散火焰燃烧，以减弱燃烧振荡。但这种加富预燃级的传统方法，将劣化燃烧室出口的温度分布，影响涡轮寿命，高温同时会考验燃烧室硬件，使其暴露在冷却风险之下，过富的扩散燃烧同样会使污染物排放在短时间内剧烈增加，劣化燃烧室排放性能。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的在于提供一种燃油控制系统，用于抑制燃烧振荡。
5.为实现所述目的燃油控制系统包括多个一般喷嘴，各一般喷嘴包括预燃级喷口和主燃级喷口；该系统还包括至少一个加富喷嘴、预燃级周向控制器、主燃级周向控制器，该加富喷嘴也包括预燃级喷口和主燃级喷口；预燃级周向控制器通过一般预燃级油路和该多个一般喷嘴的预燃级喷口连接，还通过加富预燃级油路和该至少一个加富喷嘴的预燃级喷口连接，用于调节一般喷嘴和加富喷嘴的预燃级喷口的燃油分配分配比例；主燃级周向控制器通过一般主燃级油路和该多个一般喷嘴的主燃级喷口连接，还通过加富主燃级油路和该至少一个加富喷嘴的主燃级喷口分别连接，用于调节一般喷嘴和加富喷嘴的主燃级喷口的燃油分配分配比例。
6.在一实施方式中，燃油控制系统还包括燃油中心分级控制单元，与所述预燃级周向加富控制器和所述主燃级周向加富控制器分别油路连接，用于调节该预燃级周向控制器、该主燃级周向控制器燃油流量分配比例。
7.在一实施方式中，燃油控制系统还包括发动机电子控制单元，所述发动机电子控制单元用于接收信号，并输出控制命令到所述预燃级周向加富控制器或 /和所述主燃级周向加富控制器或/和所述燃油中心分级控制单元。
8.在一实施方式中，该燃油控制系统具有一般工作模式和加富工作模式，在所述一般工作模式，所述预燃级周向控制器、主燃级周向控制器的燃油分配比例设置成：单个所述
一般喷嘴的预燃级油路燃油流量与单个所述加富喷嘴的预燃级油路燃油流量一致，且单个所述一般喷嘴的主燃级油路燃油流量与单个所述加富喷嘴的主燃级油路燃油流量一致；在所述加富工作模式，所述预燃级周向控制器、主燃级周向控制器的燃油分配比例设置成：单个所述一般喷嘴的预燃级油路燃油流量是单个所述加富喷嘴的预燃级油路燃油流量数倍，且单个所述一般喷嘴的主燃级油路燃油流量与单个所述加富喷嘴的主燃级油路燃油流量不一致，单个所述一般喷嘴的燃油流量等于单个所述加富喷嘴的燃油流量。
9.在一实施方式中，燃油控制系统还具有小状态工作模式，在所述小状态工作模式，所述预燃级周向控制器设置成仅向所述一般喷嘴的预燃级喷口供油，以增加所述一般喷嘴的预燃级喷口的燃油流量。
10.在一实施方式中，燃油控制系统还包括传感器，与所述发动机电子控制单元信号连接，用于检测燃烧振荡信号。
11.当发生振荡燃烧，燃烧室内部动态压力出现波动，预燃级周向加富控制器和主燃级周向加富控制器分别作动，例如将加富喷嘴的预燃级燃油流量增加 (或减少)，加富喷嘴的主燃级燃油流量减少，从而改变燃烧室整体燃烧释热波动特征，使火焰释热波动偏离工作环境声学模态，打破二者耦合，达到抑制燃烧振荡的效果。
附图说明
12.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
13.图1为中心分级燃烧室的结构剖视图；
14.图2为燃油喷嘴的剖视图；
15.图3为燃油喷嘴正向视图；
16.图4为燃油控制系统的方框图；
17.图5为燃油控制系统的控制逻辑图。
具体实施方式
18.如图1和图2所示，燃烧室3包含扩压器300、燃烧室外机匣302、燃烧室内机匣304、火焰筒外环306、火焰筒内环308和燃油喷嘴310，并与高压涡轮导叶340相连。高压压气机的来流空气从扩压器300经过降速扩压后进入燃烧室3内部。燃烧室机匣在来流空气的流动方向上位于扩压器 300下游，其包含燃烧室外机匣302和燃烧室内机匣304，燃烧室外机匣302 和燃烧室内机匣304构成了燃烧室3的外轮廓，并且，与前后的高压压气机和高压涡轮连接。火焰筒在来流空气的流动方向上位于扩压器300下游，并且位于燃烧室外机匣302和燃烧室内机匣304包围的空间内，其包含火焰筒外环306和火焰筒内环308。多个燃油喷嘴310沿着燃烧室3的单环腔结构的周向方向均匀布置，在一个实施方式中，其个数为10～60，空气来流经过扩压器300后经由燃油喷嘴310进入火焰筒。单个燃油喷嘴310采用中心分级结构。燃油喷嘴310包含主燃级316、预燃级318、主燃级油路 312和预燃级油路314。主燃级316与预燃级318同轴地布置，预燃级318 在中心，主燃级316布置在预燃级318外围。主燃级油路312与主燃级集油环腔320相连，主燃级集油环腔320内的燃油通过多个主燃级喷口350 喷射到主燃级预混预蒸发通道，在主燃级燃烧区324形成主燃级直射喷雾，在主燃级外侧旋流器
328和主燃级内侧旋流器330两股旋流的剪切作用下破碎雾化形成主燃级气动雾化油雾，与空气进行掺混形成较均匀的油气混合物，实现预混预蒸发燃烧。预燃级油路314与预燃级喷口321相连，预燃级喷口321大致位于预燃级318的径向中心，预燃级燃油从预燃级318 的预燃级喷口321喷出，在预燃级燃烧区326形成预燃级锥形喷雾，与预燃级级内侧旋流器332和预燃级级外侧旋流器334两股旋流空气混合后在下游形成预燃级火焰，实现扩散燃烧或半预混半扩散燃烧。
19.以上具有中心分级燃烧结构的燃烧室3在专利cn110657455a中已经公开。
20.参考图4，一种用于中心分级燃烧室3的燃油控制系统，包括发动机电子控制单元1、传感器6、燃油中心分级控制单元2、预燃级周向控制器4 和主燃级周向控制器5。该燃油控制系统还包括n个一般喷嘴a，各一般喷嘴a包括预燃级喷口321和主燃级喷口350。该燃油控制系统还包括m个加富喷嘴b，该加富喷嘴b也包括预燃级喷口321和主燃级喷口350。在一个实施方式中，一般喷嘴a和加富喷嘴b为相同的构造。在另一些实施方式中，一般喷嘴a和加富喷嘴b的构造不同，例如喷口数量、喷口直径、燃油通道长度等不同。m不小于1，m和n的具体数量根据具体的燃烧室型号而定。
21.燃油中心分级控制单元2为机械液压结构，安装在预燃级燃油总管p 和主燃级燃油总管m上游。燃油自油箱7经过油泵8至燃油中心分级控制单元2后分为两路，分别经过预燃级周向控制器4和主燃级周向控制器5，再分为四个油路pa、pb、ma、mb。如图2和图3所示，每个燃油喷嘴310上有两种喷口：预燃级喷口321和主燃级喷口350。如图4所示，一般喷嘴a的预燃级喷口321对接一般预燃级油路pa，主燃级喷口350对接一般主燃级油路ma；加富喷嘴b的预燃级喷口321对接加富预燃级油路pb，主燃级喷口350对接加富主燃级油路mb。
22.中心分级燃烧室3中具有n+m个如图2和图3所示的燃油喷嘴310，每个燃油喷嘴310结构完全一致。每个燃油喷嘴310的旋流器类型、个数、燃油喷口个数不局限于图中所示。图2示出了一个燃油喷嘴310的预燃级喷口321和主燃级喷口350，以及预燃级燃烧区326和主燃级燃烧区324。通过采用图4所示的燃油控制系统，可实现一般喷嘴a的预燃级喷口321 与加富喷嘴b的预燃级喷口321的燃油流量不同，同时，一般喷嘴a的主燃级喷口350与加富喷嘴b的主燃级喷口350的燃油流量不同。
23.燃油控制系统的工作原理，包括硬件、信号传递和燃油供给路径如图4 所示，其中，实线为燃油供给路径，虚线为信号传递路径。传感器6与发动机电子控制单元1信号连接，用于检测燃烧振荡信号。发动机电子控制单元1用于接收传感器6信号，并输出控制命令到预燃级周向控制器4、主燃级周向控制器5和燃油中心分级控制单元2中的任意一者，或者任意两者，或者三者。
24.燃油中心分级控制单元2在收到发动机电子控制单元1的指令之后作动，通过改变流通面积，改变预燃级周向控制器4和主燃级周向控制器5 燃油流量分配比例。
25.预燃级周向控制器4连接一般预燃级油路pa、加富预燃级油路pb，该预燃级周向控制器4通过一般预燃级油路pa和n个一般喷嘴a的预燃级喷口321连接，通过加富预燃级油路pb和m个加富喷嘴b的预燃级喷口321 连接。预燃级周向控制器4在收到发动机电子控制单元1的指令之后作动，通过改变流通面积，改变其一般喷嘴a和加富喷嘴b的燃油分配分配比例。
26.主燃级周向控制器5连接一般主燃级油路ma、加富主燃级油路mb，该主燃级周向控
制器5通过一般主燃级油路ma和n个一般喷嘴a的主燃级喷口350连接，通过加富主燃级油路mb和m个加富喷嘴b的主燃级喷口350 分别连接。主燃级周向控制器5在收到发动机电子控制单元1的指令之后作动，通过改变流通面积，改变其一般喷嘴a和加富喷嘴b的燃油分配分配比例。
27.燃油控制系统具有两种工作模式：一般工作模式和加富工作模式。在一般工作模式，预燃级周向控制器4、主燃级周向控制器5的燃油分配比例设置成：单个一般喷嘴a的预燃级油路燃油流量与单个加富喷嘴b的预燃级油路燃油流量一致，且单个一般喷嘴a的主燃级油路燃油流量与单个加富喷嘴b 的主燃级油路燃油流量一致。在加富工作模式，预燃级周向控制器4、主燃级周向控制器5的燃油分配比例设置成：单个一般喷嘴a的预燃级油路燃油流量是单个加富喷嘴b的预燃级油路燃油流量数倍，且单个一般喷嘴a的主燃级油路燃油流量与单个加富喷嘴b的主燃级油路燃油流量不一致，单个一般喷嘴 a的燃油流量等于单个加富喷嘴b的燃油流量。
28.燃油控制系统根据图5所示的控制逻辑图判断其工作模式。
29.在正常状态下，燃油控制系统的控制回路包括步骤91、步骤92、步骤93、步骤941。在此状态下燃油控制系统处于一般工作模式。在步骤91中，传感器6实时对燃烧室3内的脉动压力进行检测。在步骤92中，发动机电子控制单元1接收传感器6输出的检测信号。在步骤93中，发动机电子控制单元1根据检测信号判断脉动压力是否超限。在步骤941中，由于脉动压力未超限，燃油控制系统继续保持在一般工作模式，发动机电子控制单元1将控制信号输出至燃油中心分级控制单元2。燃油中心分级控制单元2在接收到发动机电子控制单元1发出的信号之后，将燃油按照输入信号要求分配给pa、pb、ma、mb四个油路，并分别通过预燃级喷口321和主燃级喷口350进入燃烧室3的不同燃烧区，以实现稳定燃烧、降低污染排放、改善出口温度分布等燃烧室性能需求。
30.当发生振荡燃烧时，燃油控制系统的控制回路包括步骤91、步骤92、步骤93、步骤942、步骤95。在此状态下燃油控制系统会由一般工作模式切换为加富工作模式。在步骤91中，由于燃烧室3内部动态压力出现波动，传感器6检测到燃烧振荡信号。在步骤92中，传感器6将检测信号传递给发动机电子控制单元1在步骤93中，发动机电子控制单元1根据检测信号判断脉动压力是否超限。在步骤942中，由于发生振荡燃烧，脉动压力超限，燃油控制系统由一般工作模式切换为加富工作模式，发动机电子控制单元1 启动周向控制，并输出控制信号。在步骤95中，预燃级周向控制器4和主燃级周向控制器5按照输入信号要求工作，通过将n个一般喷嘴a的预燃级燃油流量增加、或减少，n个一般喷嘴a的主燃级燃油流量减少、或增加，改变燃烧室3整体燃烧释热波动特征，使火焰释热波动偏离工作环境声学模态，打破二者耦合，达到抑制燃烧振荡的效果。由于预燃级周向控制器4和主燃级周向控制器5协调作动，保持进入每个燃油喷嘴310的预燃级和主燃级燃油流量值之和相等，燃烧室3出口温度均匀性较好，以保证涡轮的性能稳定和结构安全。
31.此外，燃油控制系统还具有小状态工作模式。在小状态工作模式，预燃级周向控制器4设置成仅向一般喷嘴a的预燃级喷口321供油，以增加一般喷嘴 a的预燃级喷口321的燃油流量，从而增强n个一般喷嘴a区域火焰的稳定性，保证小状态下的熄火边界。例如，在发动机点火过程中，局部燃油喷嘴 310油气比增加，点火容易成功，从而降低了发动机点火燃油流量；在发动机减速过程中，局部燃油喷嘴310油气比增加，不容易熄火，从而拓宽了发动
机熄火边界。
32.上述燃油控制系统在监测到燃烧振荡信号时，通过改变部分燃油喷嘴 310的供油分级比例，改变燃烧区域燃烧释热波动状态，进而改变燃烧室 3整体的释热波动状态，消除其与工作环境声学模态的耦合，实现低污染排放，并抑制燃烧振荡，维持燃烧室3和发动机的正常运行。由于主燃级周向控制器5、预燃级周向控制器4和燃油中心分级控制单元2协调作动，且仅有部分燃油喷嘴310参与加富燃烧，燃烧室3出口温度均匀性好，冷却风险低。在小状态下，保证进入燃烧室3总燃油流量不变，增加一般喷嘴a预燃级燃油流量，稳定加富喷嘴b火焰，火焰不易熄灭，提升发动机小状态下熄火边界。
33.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。