大多数火焰稳定器的工作原理是:使部分已燃高温燃烧产物产生回流运动(即与来流方向相反)作为具有自动补偿能力的持续点火源,以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物,从而达到稳定火焰的目的。根据稳定火焰原理而成的常见的火焰稳定器有旋流器、钝体火焰稳定器和强化型同向射流火焰稳定器等。
环形稳定器在
涡喷发动机中首先得到应用。WP6发动机采用了单排环形稳定器。它是用
镍基合金GH39饭料焊成,由V形环、V形支柱和支座组成。6根V形支柱用来支持V形环和传递火焰。为了加强刚性,在V形板料的边缘采用双层板料焊成。整个稳定器借支座用螺栓固定在后输油圈安装座上。考虑到热膨胀问题,支座上的螺栓孔是长圆孔,其长轴在径向位置,后输油圈安装座用螺栓固定在内锥体末端。
与涡喷加力相比,在混合加力的
涡扇发动机中,加力的主要特点是外涵冷空气参加燃烧。为了解决低温稳定燃烧问题,广泛采用V形槽式的径向稳定器。在平行进气的F100涡扇发动机中,稳定器由环形主稳定器和径向火焰稳定器组成。主稳定器为单排环形,置于内涵高温燃气流中,用于建立稳定高温热源;主稳定器的内外都是径向稳定器,利用内涵高温热源加热径向V形槽,促进外涵稳定器上的油膜蒸发和混合,并用内涵高温燃气引燃,提高外涵冷混气燃烧的稳定性。不加力时,这些径向稳定器又能促进内、外涵气流的混合。
径向稳定器也用在
涡喷发动机上。如Pllφ2C-300发动机是发动机Pllφ-300发动机的改型,为了提高加力温度,去掉原来两排环形稳定器,改为大小各10个(共20个)径向稳定器。由于多槽的回流区化小而总体回流区扩大,传焰能力增强且均匀,使燃烧效率提高,并能减轻燃烧时的压力脉动,改善了燃烧的稳定性。
V形槽式环形稳定器和V形槽式径向稳定器又称为值班火焰稳定器,是改善低温混气稳定燃烧和扩大稳定工作范围的有效措施。但是稳定火焰是依靠在稳定器后产生紊流区,因而不可避免地会造成流动损失,并且即使
加力燃烧室不工作,这种影响依然存在。有些发动机为了提高性能,采用了
沙丘驻涡火焰稳定器。
沙丘驻涡火焰稳定器由若干单元组成。这种沙丘驻涡稳定器的外形接近于流线型,因而流动阻力和损失小;同时沙丘驻涡还具有顽强的抗干扰性能。实验结果表明,在同样阻塞比的条件下,这种稳定器与V形槽相比,阻力下降75%~80%,涡流内燃烧的贫油熄火极限扩展了4~5倍,点火风速提高了将近1倍。
以上三种都是机械式火焰稳定器,被广泛采用。但是,在气流通道中设置非流线型物体及其联接构件,一则结构比较复杂,二则气流的压.力损失较大,此项损失与稳定器的堵塞比、
形状、位置以及气流的速度、扩压器的当量扩压角等有关。为了克服这些缺点,气动式火焰稳定器在某些发动机上得到采用。如法国“阿塔”发动机,它通过专用管道自压气机抽气。经喷嘴将高压空气喷进
加力燃烧室,与主气流相遇形成非流线型的气柱,借此气柱稳定火焰。这些空气喷嘴位于通常安装机械稳定器的截面。沿圆周均匀分布,喷嘴数目不宜太少。
气动式稳定器的优点是:根据不同的工作状态控制供气量,可形成合适的气柱来稳定火焰,并有利于消除振荡燃烧,避免了机械式稳定器在
加力燃烧室不工作时所造成的气流压力损失。
其缺点是:要从压气机中抽气,虽然抽出的气体在加力燃烧室参加燃烧,使发动机获得推力,能补偿一部分推力损失。但总的发动机推力将减少一些.此外,控制系统比较复杂。这是气动稳定器尚未广泛采用的原因之一。