一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置的制造方法
【專利摘要】一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置，涉及超燃沖壓發(fā)動機。設(shè)有超燃燃燒室、半球體渦流發(fā)生器、圓形燃料噴嘴、膨脹段、等熵壓縮段；渦流發(fā)生器緊貼燃燒室壁面，渦流發(fā)生器安裝在距離超燃燃燒室入口5～8倍渦流發(fā)生器直徑的位置；圓形燃料噴嘴整體呈現(xiàn)收斂狀，燃料通過噴嘴垂直噴入燃燒室內(nèi)，噴嘴與渦流發(fā)生器之間的中心距為0.3～0.5倍的渦流發(fā)生器直徑；膨脹段位于燃燒室上壁面。提高燃燒室工作效率和縮短發(fā)動機隔離段、燃燒室長度，工作性能高、損失小、結(jié)構(gòu)簡單、熱防護難度低。
【專利說明】
一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及超燃沖壓發(fā)動機，尤其是涉及一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超燃沖壓發(fā)動機是實現(xiàn)高超聲速飛行的首選動力系統(tǒng)。由于在高馬赫數(shù)下具有比沖性能高、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕且速度快等優(yōu)點，超燃沖壓發(fā)動機被廣泛用于空天飛機、高超聲速飛機以及高超音速巡航導(dǎo)彈等領(lǐng)域。
[0003]在超燃沖壓發(fā)動機涉及的問題中，如何實現(xiàn)燃料高效地噴射、摻混并組織點火燃燒是關(guān)鍵問題之一。由于超聲速主流在超燃沖壓發(fā)動機通道內(nèi)駐留的時間通常僅為幾毫秒，在如此短的時間和空間尺度內(nèi)，燃燒室中的空氣和燃料很難進行高效摻混并穩(wěn)定燃燒。因此，燃料的噴射和摻混效率直接決定著超燃燃燒室的工作效率，并對超燃沖壓發(fā)動機的尺寸、結(jié)構(gòu)和熱負荷設(shè)計有重要意義。
[0004]目前，超燃燃燒室中的燃料噴射布局主要分為以下兩種:一種是壁面噴射布局，其特點是燃料從燃燒室壁面垂直或傾斜噴注，摻混效率高且火焰穩(wěn)定，但造成的總壓損失大；另一種是插入式噴射布局，即燃料噴射器安裝在燃燒室通道的中心，將燃料平行噴入到空氣中，使發(fā)動機直接利用燃料噴射動量作為推力，增加燃燒室的推力，其總壓損失較小但是摻混效果不太理想，且插入式結(jié)構(gòu)易受到熱侵蝕。為此，設(shè)計一種摻混效率較好同時兼具較高的總壓恢復(fù)性能，且結(jié)構(gòu)簡單、熱防護難度低的燃料噴射裝置對超燃沖壓發(fā)動機性能的進一步提升具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置。
[0006]本實用新型設(shè)有超燃燃燒室、半球體渦流發(fā)生器、圓形燃料噴嘴、膨脹段、等熵壓縮段;所述半球體渦流發(fā)生器緊貼超燃燃燒室壁面，半球體渦流發(fā)生器安裝在距離超燃燃燒室入口 5?8倍半球體渦流發(fā)生器直徑的位置，半球體渦流發(fā)生器產(chǎn)生的渦系結(jié)構(gòu)能夠促進下游燃料與空氣的摻混，半球體渦流發(fā)生器下游的回流區(qū)能夠增強燃料穩(wěn)定燃燒的能力;所述圓形燃料噴嘴整體呈現(xiàn)收斂狀，燃料通過圓形燃料噴嘴能夠垂直噴注入超燃燃燒室內(nèi)，圓形燃料噴嘴與半球體渦流發(fā)生器之間的中心距為0.3?0.5倍的半球體渦流發(fā)生器直徑;所述膨脹段位于超燃燃燒室上壁面。
[0007]膨脹段產(chǎn)生的一系列膨脹波波面能削弱弓形激波，從而降低超燃燃燒室內(nèi)的總壓損失，同時膨脹波波面穿透噴流弓形激波后覆蓋燃料和空氣摻混的摻混區(qū)域，迫使該區(qū)域內(nèi)的流體由壁面朝超燃燃燒室中心擴散，進而提高燃料的摻混效率;所述等熵壓縮段用于膨脹段和超燃燃燒室上壁面之間的過渡連接，避免由于氣流劇烈轉(zhuǎn)折而形成強的斜激波。
[0008]所述超燃燃燒室可采用常規(guī)矩形燃燒室，超燃燃燒室的內(nèi)流通道截面呈矩形。
[0009]當需要在超燃燃燒室內(nèi)設(shè)置多個半球體渦流發(fā)生器和圓形燃料噴嘴時，相鄰兩個半球體渦流發(fā)生器中心距應(yīng)為半球體渦流發(fā)生器直徑的2?2.2倍，以確保相鄰兩個半球體渦流發(fā)生器產(chǎn)生的渦系結(jié)構(gòu)之間不發(fā)生相互干涉。
[0010]本實用新型的工作原理為:通過改變常規(guī)矩形超燃燃燒室上壁面的部分形面，在燃燒室內(nèi)引入一系列膨脹波波面，利用膨脹波削弱噴流弓形激波的強度同時迫使燃料由壁面朝燃燒室中心匯聚，降低超燃燃燒室總壓損失且提高燃料摻混效率；同時在圓形燃料噴嘴前設(shè)置一個或多個平行的半球體渦流發(fā)生器結(jié)構(gòu)，利用半球體渦流發(fā)生器產(chǎn)生的渦系結(jié)構(gòu)和回流區(qū)進一步提升超燃燃燒室燃料摻混效率，從而達到提高燃燒室工作效率和縮短發(fā)動機尺寸的目的。
[0011 ]本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0012](I)本實用新型所述半球體渦流發(fā)生器產(chǎn)生的反向?qū)π郎u和膨脹段誘導(dǎo)出的膨脹波能夠產(chǎn)生劇烈的剪切和匯聚運動，促進燃料與空氣摻混，大大提高超燃燃燒室的工作效率，從而縮短超燃燃燒室的尺寸，減輕超燃燃燒室的重量，增加發(fā)動機推力。
[0013](2)本實用新型所述半球體渦流發(fā)生器在尾部區(qū)域產(chǎn)生的回流區(qū)有利于燃料組織穩(wěn)定燃燒。
[0014](3)相比于其他的燃料噴射布局，所述膨脹段誘導(dǎo)出的膨脹波能夠削弱弓形激波而降低燃燒室總壓損失，且所述半球體渦流發(fā)生器安裝在燃燒室壁面邊界層內(nèi)，造成的總壓損失小，熱負荷小，降低超燃燃燒室內(nèi)結(jié)構(gòu)熱防護的難度。
【附圖說明】
[0015]圖1為一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置側(cè)視圖；
[0017]圖3為一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置俯視圖；
[0018]圖4為一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的前視圖。
[0019]圖1?4中標注的大寫字母用于表征尺寸，分別為:B.壁面邊界層厚度，C.半球體渦流發(fā)生器與圓形燃料噴嘴之間的中心距，D.半球體渦流發(fā)生器直徑，L.半球體渦流發(fā)生器中心距入口的距離，S.相鄰兩個半球體渦流發(fā)生器中心距。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0021]如圖1?4所示，本實用新型一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置，包括超燃燃燒室1、半球體渦流發(fā)生器2、圓形燃料噴嘴3、膨脹段4、等熵壓縮段5。
[0022]所述超燃燃燒室I為矩形燃燒室，超燃燃燒室I的內(nèi)流通道截面呈矩形;所述半球體渦流發(fā)生器2緊貼超燃燃燒室I壁面，半球體渦流發(fā)生器2安裝在距離超燃燃燒室I入口約5?8倍半球體渦流發(fā)生器直徑D的位置，半球體渦流發(fā)生器2產(chǎn)生的渦系結(jié)構(gòu)9能夠促進下游燃料與空氣的摻混;所述圓形燃料噴嘴3整體呈現(xiàn)收斂狀，燃料12通過圓形燃料噴嘴3能夠垂直噴注入超燃燃燒室I內(nèi)，圓形燃料噴嘴3和半球體渦流發(fā)生器之間的中心距C約為0.3?0.5倍的半球體渦流發(fā)生器直徑D;所述膨脹段4位于超燃燃燒室I上壁面，膨脹段4產(chǎn)生的一系列膨脹波波面8能穿透噴流弓形激波10，削弱弓形激波10，從而降低由弓形激波10造成的總壓損失，同時膨脹波波面8覆蓋燃料和空氣摻混的摻混區(qū)域，迫使該區(qū)域內(nèi)的流體由壁面朝超燃燃燒室I中心擴散，進而提高燃料的摻混效率;所述等熵壓縮段5用于膨脹段4和超燃燃燒室I上壁面之間的過渡連接，避免由于氣流強烈轉(zhuǎn)折而形成強的斜激波。
[0023]當燃料12通過圓形燃料噴嘴3垂直噴注入超燃燃燒室I時，燃料會對超聲速主流6造成阻礙并在圓形燃料噴嘴3上游形成一道強的弓形激波10，同時燃料在下游區(qū)域逐漸向四周擴散并于超聲速主流6進行摻混。所述膨脹段4產(chǎn)生的一系列膨脹波波面8能夠有效削弱弓形激波10，同時膨脹波波面8能夠穿過弓形激波10并覆蓋燃料與空氣的摻混區(qū)域，能夠迫使壁面處的流體向超燃燃燒室I中心擴散。所述半球體渦流發(fā)生器2在圓形燃料噴嘴3上游區(qū)域誘導(dǎo)出一系列渦系結(jié)構(gòu)9，產(chǎn)生劇烈的剪切和匯聚運動，促進燃料與空氣摻混，提高燃燒的摻混效率。
[0024]當在超燃燃燒室I內(nèi)設(shè)置多個半球體渦流發(fā)生器2和圓形燃料噴嘴3時，相鄰兩個半球體渦流發(fā)生器2中心距S約為2?2.2倍的半球體渦流發(fā)生器直徑D，以確保相鄰兩個半球體渦流發(fā)生器2產(chǎn)生的渦系結(jié)構(gòu)9之間不發(fā)生相互干涉。
[0025]本實用新型利用半球體渦流發(fā)生器提高所述超燃燃燒室的燃料摻混效率和火焰穩(wěn)定能力，引入膨脹波降低所述超燃燃燒室的總壓損失，能夠有效提高燃燒室工作效率和縮短發(fā)動機隔離段、燃燒室長度，具有工作性能高、損失小、結(jié)構(gòu)簡單、熱防護難度低等優(yōu)點。
【主權(quán)項】
1.一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置，其特征在于設(shè)有超燃燃燒室、半球體渦流發(fā)生器、圓形燃料噴嘴、膨脹段、等熵壓縮段;所述半球體渦流發(fā)生器緊貼超燃燃燒室壁面，半球體渦流發(fā)生器安裝在距離超燃燃燒室入口 5?8倍半球體渦流發(fā)生器直徑的位置，半球體渦流發(fā)生器產(chǎn)生的渦系結(jié)構(gòu)促進下游燃料與空氣的摻混;所述圓形燃料噴嘴整體呈現(xiàn)收斂狀，燃料通過圓形燃料噴嘴垂直噴注入超燃燃燒室內(nèi)，圓形燃料噴嘴與半球體渦流發(fā)生器之間的中心距為0.3?0.5倍的半球體渦流發(fā)生器直徑;所述膨脹段位于超燃燃燒室上壁面。2.如權(quán)利要求1所述一種提升超燃燃燒室內(nèi)燃料噴射和摻混的裝置，其特征在于所述超燃燃燒室采用矩形燃燒室，超燃燃燒室的內(nèi)流通道截面呈矩形。
【文檔編號】F23D14/02GK205424924SQ201620169997
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】周馴黃, 滕健, 李怡慶, 王李璨, 尤延鋮
【申請人】廈門大學(xué)