大尺度超燃沖壓發(fā)動機(jī)和三維花瓣形截面燃燒室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大尺度超燃沖壓發(fā)動機(jī)及其所使用的燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型的高超聲速飛機(jī)、甚至于大型空天飛機(jī)，需要采用大尺度的超燃沖壓發(fā)動機(jī)。
[0003] 通常在飛行6Ma左右的圓截面燃燒室超燃沖壓發(fā)動機(jī)中，燃?xì)鉁囟雀撸▇2650K)， 壓力高（3~5atm)，熱流大，而冷卻用燃料流量少，使得燃燒室熱防護(hù)難度極大，熱防護(hù)的 要求對燃燒室的設(shè)計(jì)提出了強(qiáng)烈的約束。
[0004] 常見的采用壁面直接噴射燃料可以照顧到熱防護(hù)的要求，但是難以解決穿透與混 合矛盾的問題，因?yàn)椴捎酶邍娮航?、大孔噴射可以取得相對較高的穿透度，但是在橫向截 面上的霧化以及均勻混合受限。在大尺度的超燃沖壓發(fā)動機(jī)上，一般入口直徑在400mm量 級以上，這一矛盾難以協(xié)調(diào)。
[0005] 在核心流區(qū)插入式的噴注方式中，常見的形式有支板、斜坡、懸臂梁、三角翼等。這 種類型的噴射直接將燃料噴入超聲速來流的主流當(dāng)中，能提供良好的燃料空間分布和混合 效果，而且噴射裝置的底部形成的回流區(qū)能起到一定的穩(wěn)定火焰的效果。論文《PylonFuel InjectorDesignforaScramjetCombustor》（AIAApaper2007-5404)介紹了一種應(yīng)用 于大尺度燃燒室的支板構(gòu)型，支板垂直于來流方向并且采用交錯尾緣以實(shí)現(xiàn)燃料與空氣的 混合。
[0006] 然而，雖然采用燃燒室內(nèi)的插入式支板、三角翼或者斜坡燃料噴射，可以解決燃料 射流穿透和混合的問題，但是因?yàn)檫@些插入式的裝置直接暴露在高總溫的超聲速氣流中， 產(chǎn)生很高的熱負(fù)荷，目前難以較好解決熱防護(hù)問題。
[0007] 因此，有必要提供一種大尺度超燃沖壓發(fā)動機(jī)用燃燒室，以解決燃料噴射的穿透 與混合的矛盾、同時兼顧熱防護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種超燃沖壓發(fā)動機(jī)的三維花瓣形截面燃燒室，以解決燃 料噴射的穿透深度和混合均勻問題，同時兼顧燃燒室的熱防護(hù)。本發(fā)明的目的還在于提供 一種使用該三維花瓣形截面燃燒室的大尺度超燃沖壓發(fā)動機(jī)。
[0009] 為此，本發(fā)明一方面提供了一種超燃沖壓發(fā)動機(jī)的三維花瓣形截面燃燒室，包括： 燃料噴注段、火焰穩(wěn)定段和擴(kuò)張段，燃料噴注段的壁面為凸起和凹進(jìn)在圓周方向上交替形 成的波瓣結(jié)構(gòu)，波瓣結(jié)構(gòu)的凸起沿流向逐漸向中心軸線靠近，波瓣結(jié)構(gòu)沿流向延續(xù)至燃料 噴注段的末端形成花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，燃燒噴注段末端的各凸起的頂點(diǎn)位置設(shè)有第二組噴孔，在 第二組噴孔上游的各凹進(jìn)的頂點(diǎn)位置設(shè)有第一組噴孔。
[0010] 進(jìn)一步地，上述第一組噴孔位于凸起的起始位置所在截面上。
[0011] 進(jìn)一步地，上述燃料噴注段末端位置設(shè)有用于形成背壓回流區(qū)的凹腔火焰穩(wěn)定 器。
[0012] 進(jìn)一步地，上述凹腔火焰穩(wěn)定器包括圓筒體和用于封閉圓筒體和燃燒噴注段末端 的凸起之間空隙的端壁。
[0013] 進(jìn)一步地，上述凹腔火焰穩(wěn)定器后端的火焰穩(wěn)定段的截面為與燃燒噴注段末端銜 接的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)。
[0014] 進(jìn)一步地，上述燃料噴注段末端的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)沿流向在火焰穩(wěn)定段的整個長度上 延伸。
[0015] 進(jìn)一步地，上述波瓣結(jié)構(gòu)為中心對稱的四波瓣結(jié)構(gòu)。
[0016] 進(jìn)一步地，上述燃料噴注段的流道壁面為運(yùn)動激波消除方法設(shè)計(jì)的消波壁面。
[0017] 進(jìn)一步地，上述消波壁面通過雙向流線追蹤和流線融合法獲得。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種大尺度超燃沖壓發(fā)動機(jī)，包括燃燒室，其特征 在于，燃燒室為根據(jù)上面所描述的超燃沖壓發(fā)動機(jī)的三維花瓣形截面燃燒室。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的三維花瓣形截面燃燒室，波瓣結(jié)構(gòu)可以將來流空氣分成數(shù)股氣流， 有利于燃料的噴注混合，在燃料噴注段1的花瓣凸起處設(shè)置噴孔b，增加噴注燃料穿透深 度，花瓣燃燒室凸起噴注與凹進(jìn)噴注組合，解決燃料均勻混合。另外，三維花瓣形截面燃燒 室中無支板，熱防護(hù)約束（無論是主動冷卻還是被動熱防護(hù)）在燃燒室壁的設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)。
[0020] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0021] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0022] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的超燃沖壓發(fā)動機(jī)的三維花瓣形截面燃燒室的第一實(shí)施例的 立體結(jié)構(gòu)圖；
[0023] 圖2是圖1所示燃燒室的平面結(jié)構(gòu)簡圖；
[0024] 圖3是圖2所示燃燒室的左視圖；
[0025] 圖4是圖3所示燃燒室的A-A剖視圖；
[0026] 圖5是圖3所示燃燒室的B-B剖視圖；
[0027] 圖6是圖4所示燃燒室的局部C放大示意圖；
[0028] 圖7是圖5所示燃燒室的局部D放大示意圖；
[0029] 圖8是圖2所示燃燒室E-E截面處的端面示意圖；
[0030] 圖9是圖2所示燃燒室F-F截面處的端面示意圖；
[0031] 圖10是圖2所示燃燒室G-G截面處的端面示意圖；
[0032] 圖11是圖2所示燃燒室H-H截面處的端面示意圖；
[0033] 圖12是根據(jù)本發(fā)明的超燃沖壓發(fā)動機(jī)的三維花瓣形截面燃燒室的第二實(shí)施例的 立體結(jié)構(gòu)圖；
[0034] 圖13是圖12所示燃燒室的平面結(jié)構(gòu)簡圖；
[0035] 圖14是圖13所示燃燒室的左視圖；
[0036] 圖15是圖14所示燃燒室的A-A剖視圖；
[0037] 圖16是圖14所示燃燒室的B-B剖視圖；
[0038] 圖17是圖13所示燃燒室E-E截面處的端面示意圖；
[0039] 圖18是圖13所示燃燒室F-F截面處的端面示意圖；
[0040] 圖19是圖13所示燃燒室G-G截面處的端面示意圖；
[0041] 圖20是圖13所示燃燒室H-H截面處的端面示意圖；
[0042] 圖21是圖13所示燃燒室I-I截面處的端面示視圖；以及
[0043] 圖22至圖24是圖1所示燃燒室Ma= 2, 3, 3. 5的條件下的流場馬赫數(shù)分布，其中， 僅示出了 1/4截面的流道型面。
[0044] 附圖標(biāo)記說明
[0045] 1、燃料噴注段； 2、火焰穩(wěn)定段；
[0046] 3、擴(kuò)張段； 11、入口；
[0047] 12、凸起； 13、凹進(jìn)；
[0048] 14、第一組噴孔； 15、第二組噴孔；
[0049] 4、凹腔火焰穩(wěn)定器；41、圓筒體；
[0050] 42、端壁。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0052] 圖1至圖11示出了根據(jù)本發(fā)明三維花瓣形截面燃燒室的形狀和結(jié)構(gòu)。如圖1至 圖11所示，本發(fā)明的三維花瓣形截面燃燒室的形狀和結(jié)構(gòu)，其包括：燃料噴注段1、火焰穩(wěn)