專利名稱：一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及吸氣式高超聲速雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，具體地說，涉及一種具有中心支板火箭的圓形結(jié)構(gòu)雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，適用于大直徑尺寸高性能的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的研究過程中，如何在較大尺度的燃燒室內(nèi)實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)火、高效燃燒和發(fā)動(dòng)機(jī)與飛行器的高度一體化成為最關(guān)鍵的問題。目前常用的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方法是燃燒室采用橫截面為矩形的二元結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火方式有誘導(dǎo)火焰點(diǎn)火、火炬點(diǎn)火、點(diǎn)火器強(qiáng)制點(diǎn)火等(《推進(jìn)技術(shù)》，Vol. 25, No. 6，2004，566-569)。如文中所述，其中誘導(dǎo)火焰和火炬點(diǎn)火需要?dú)錃獾阮~外的燃料供應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)較為復(fù)雜，而且可靠點(diǎn)火的范圍與煤油當(dāng)量比有關(guān)；而點(diǎn)火器強(qiáng)制點(diǎn)火由于點(diǎn)火能量所限，點(diǎn)燃煤油的成功率不高。在各種火焰穩(wěn)定方案中，由于凹腔可以集燃料噴射、混合和火焰穩(wěn)定為一體(《JOURNAL of PROPULSION AND POWER)), Vol.20, No. 5，2004，769-778)，得到了廣泛的應(yīng)用。但是凹腔長(zhǎng)、深比與燃料當(dāng)量比等均對(duì)火焰穩(wěn)定性能有較大影響，而且單凹腔的火焰穩(wěn)定范圍有限，難以在整個(gè)燃燒室流道中保持良好的火焰穩(wěn)定性能。通過研究發(fā)現(xiàn)目前的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究過程中所存在以下缺點(diǎn)第一，點(diǎn)火和穩(wěn)定工作范圍比較窄，就目前而言，碳?xì)淙剂想p模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只能在來流馬赫4 7范圍內(nèi)穩(wěn)定工作；第二，火焰穩(wěn)定區(qū)域范圍較小，采用的凹腔火焰穩(wěn)定器和壁面誘導(dǎo)火焰等穩(wěn)焰范圍僅限于燃燒室的近壁面區(qū)域，只能適用于當(dāng)量直徑小于200mm的小尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)，限制了工程領(lǐng)域大尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用；第三，二元結(jié)構(gòu)燃燒室不利于與目前先進(jìn)的流線追蹤進(jìn)氣道和飛行器進(jìn)行集成，并且容易形成應(yīng)力集中，不利于加工制造。

實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中點(diǎn)火和穩(wěn)定工作范圍較窄，火焰穩(wěn)定區(qū)域范圍有限，限制大尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能的不足，本實(shí)用新型提出一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，這種適用于大尺寸結(jié)構(gòu)的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，采用圓形結(jié)構(gòu)燃燒室，在隔離段中安裝中心火箭，采用小支板組進(jìn)行噴射二次燃料，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，操作安全可靠。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的方案是包括設(shè)備噴管、隔離段、主支板、中心火箭、小支板、一級(jí)燃燒室、凹腔、二級(jí)燃燒室、擴(kuò)張段；隔離段、一級(jí)燃燒室、二級(jí)燃燒室、擴(kuò)張段采用螺紋連接貫通，其橫截面均為圓形結(jié)構(gòu)；設(shè)備噴管安裝在隔離段之前，用于模擬真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)中的進(jìn)氣道壓縮作用。主支板設(shè)置在隔離段中，為了保證流場(chǎng)的對(duì)稱性， 沿著隔離段的對(duì)稱面上下貫穿；中心火箭安裝在主支板尾部，火箭噴管的出口位于主支板尾部截面上；小支板和凹腔分別安裝在兩級(jí)燃燒室壁面上。所述的主支板和小支板為楔形迎風(fēng)面、帶后掠角的結(jié)構(gòu)，噴嘴位置分別位于迎風(fēng)面和側(cè)壁面上。
3[0006]所述的小支板為四個(gè)，沿一級(jí)燃燒室內(nèi)壁面周向均布安裝。具體安裝位置和數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。所述的凹腔為四個(gè)，沿二級(jí)燃燒室內(nèi)壁面周向均布，凹腔的長(zhǎng)深比為5。凹腔的主要作用是為穩(wěn)定火焰。本實(shí)用新型的燃燒室和擴(kuò)張段的設(shè)計(jì)原則為一級(jí)燃燒室取短長(zhǎng)度、小角度擴(kuò)張結(jié)構(gòu)；二級(jí)燃燒室的長(zhǎng)度和擴(kuò)張角均適中；擴(kuò)張段取大長(zhǎng)度和大擴(kuò)張角結(jié)構(gòu)。支板的作用主要是進(jìn)行燃料噴射，提高燃料穿透度，其結(jié)構(gòu)和噴射方案均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩級(jí)燃燒室上均可安裝支板，本實(shí)用新型所采用的僅在一級(jí)燃燒室上沿周向均布四個(gè)小支板。本實(shí)用新型具體實(shí)施方法是首先開啟中心火箭，高溫富燃燃?xì)庾鳛辄c(diǎn)火源 ’然后在燃燒室中噴射二次燃料，與來流空氣組織二次燃燒。二次燃料的噴射為沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向逐級(jí)噴射，其中一級(jí)燃燒室中由支板直接噴射，二級(jí)燃燒室中可由凹腔前噴射，也可在加裝支板后，由支板噴射。有益效果本實(shí)用新型一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作特點(diǎn)有以下幾方面第一，中心支板火箭的高溫富燃燃?xì)饪梢宰鳛橛行У狞c(diǎn)火源及火焰穩(wěn)定源，這樣可以分別擴(kuò)展發(fā)動(dòng)機(jī)的工作上、下限；第二，可以通過燃燒室中的小支板進(jìn)行燃料噴射，這樣可以解決燃料穿透度和摻混問題；第三，圓形結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，更適用于大尺寸結(jié)構(gòu)的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工程應(yīng)用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，操作安全可靠。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為本實(shí)用新型雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的小支板的部位圖。圖3為本實(shí)用新型的凹腔的部位圖[0017]圖中1.設(shè)備噴管2.隔離段3.主支板4.中心火箭燕子5.小支板6. 一級(jí)燃燒室7.凹腔8. 二級(jí)燃燒室9.擴(kuò)張段
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例是一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。該雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)包括設(shè)備噴管1、隔離段2、主支板3、中心火箭4、小支板5、一級(jí)燃燒室6、凹腔7、二級(jí)燃燒室8、擴(kuò)張段9。
圖1展示了雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，其隔離段2、一級(jí)燃燒室6、二級(jí)燃燒室8、 擴(kuò)張段9采用螺紋連接貫通，橫截面均為圓形結(jié)構(gòu)；設(shè)備噴管1安裝在隔離段2之前，用于模擬真實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)中的進(jìn)氣道壓縮作用。主支板3設(shè)置在隔離段2中，為了保證流場(chǎng)的對(duì)稱性，沿著隔離段2的對(duì)稱面上下貫穿；中心火箭4安裝在主支板3尾部，火箭噴管的出口位于主支板3尾部截面上；小支板5和凹腔7分別安裝在兩級(jí)燃燒室壁面上。
4[0022]如圖2、圖3所示，主支板3和小支板5為楔形迎風(fēng)面、帶后掠角的結(jié)構(gòu)，噴嘴位置分別位于迎風(fēng)面和側(cè)壁面上。小支板5為四個(gè)，沿一級(jí)燃燒室6內(nèi)壁面周向均布安裝。具體安裝位置和數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。凹腔7亦為四個(gè)，沿二級(jí)燃燒室8內(nèi)壁面周向均布，凹腔的長(zhǎng)深比為5。凹腔7的主要作用是為穩(wěn)定火焰。本實(shí)用新型的燃燒室和擴(kuò)張段9的設(shè)計(jì)原則為一級(jí)燃燒室6取短長(zhǎng)度、小角度擴(kuò)張結(jié)構(gòu)；二級(jí)燃燒室8的長(zhǎng)度和擴(kuò)張角均適中；擴(kuò)張段9取大長(zhǎng)度和大擴(kuò)張角結(jié)構(gòu)。支板的作用主要是進(jìn)行燃料噴射，提高燃料穿透度，其結(jié)構(gòu)和噴射方案均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩級(jí)燃燒室上均可安裝支板，本發(fā)明所采用的是僅在一級(jí)燃燒室上沿周向均布安裝四個(gè)小支板。本實(shí)用新型圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)尺寸均可根據(jù)具體需要進(jìn)行選取。其主支板厚度可參考隔離段底座內(nèi)徑以及中心火箭裝配的需要，本實(shí)例中取為70mm ；長(zhǎng)度一般取為隔離段當(dāng)量直徑的6 10倍，由于本實(shí)例中隔離段底座的內(nèi)徑取為300mm，所以根據(jù)計(jì)算所得的隔離段當(dāng)量直徑，取主支板長(zhǎng)度為800mm。本實(shí)例中發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室殼體厚度為5mm，燃燒室入口內(nèi)徑為300mm。中心火箭選取小型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其各參數(shù)可根據(jù)工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。燃燒室和擴(kuò)張段的設(shè)計(jì)原則為一級(jí)燃燒室取短長(zhǎng)度、小角度擴(kuò)張結(jié)構(gòu)；二級(jí)燃燒室的長(zhǎng)度和擴(kuò)張角均適中；擴(kuò)張段取大長(zhǎng)度和大擴(kuò)張角結(jié)構(gòu)。本實(shí)例中根據(jù)工作狀態(tài)和來流條件，取一級(jí)燃燒室的長(zhǎng)度為500mm，母線擴(kuò)張角為0.5° ；二級(jí)燃燒室長(zhǎng)度為600mm，母線擴(kuò)張角為1° ；擴(kuò)張段長(zhǎng)度為800mm，母線擴(kuò)張角為2° ；各段結(jié)構(gòu)的殼體厚度均取為5mm。支板的作用主要是進(jìn)行燃料噴射，提高燃料穿透度，其結(jié)構(gòu)和噴射方案均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩級(jí)燃燒室上均可安裝支板，本實(shí)例中僅在一級(jí)燃燒室上沿周向均布四個(gè)小支板。凹腔的作用主要為火焰穩(wěn)定，本實(shí)例中選取的長(zhǎng)深比為5的凹腔，安裝位置在二級(jí)燃燒室上，同樣沿周向均布四個(gè)。本實(shí)用新型提出的圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，采用圓形結(jié)構(gòu)燃燒室，在隔離段中安裝中心火箭，采用小支板組來噴射二次燃料。相對(duì)于傳統(tǒng)的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其優(yōu)勢(shì)在于，圓形結(jié)構(gòu)可減輕壁面表面積及結(jié)構(gòu)質(zhì)量，表面積的減小又可以減小摩擦阻力損失和熱傳導(dǎo)，這樣可以采用較薄的冷卻壁面，同時(shí)避免應(yīng)力集中，而且圓形結(jié)構(gòu)燃燒室能夠較好地與先進(jìn)的流線追蹤進(jìn)氣道和飛行器進(jìn)行集成；采用中心火箭進(jìn)行點(diǎn)火，其富燃燃?xì)饽軌驅(qū)崿F(xiàn)低總溫條件下的火焰穩(wěn)定，拓寬了火焰穩(wěn)定范圍，能夠?qū)⑻細(xì)淙剂想p模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作范圍擴(kuò)展到3 9 ；將中心火箭與小支板組噴注相結(jié)合，可以改善大尺寸燃燒室內(nèi)二次燃料的穿透度和混合效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直徑大于200mm的大尺寸雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的高性能工作。
權(quán)利要求1.一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，包括設(shè)備噴管、隔離段、主支板、中心火箭、小支板、一級(jí)燃燒室、凹腔、二級(jí)燃燒室、擴(kuò)張段，其特征在于隔離段、一級(jí)燃燒室、 二級(jí)燃燒室、擴(kuò)張段采用螺紋連接貫通，其橫截面均為圓形結(jié)構(gòu)；設(shè)備噴管安裝在隔離段之前，主支板設(shè)置在隔離段中，沿著隔離段的對(duì)稱面上下貫穿；中心火箭安裝在主支板尾部， 火箭噴管的出口位于主支板尾部截面上；小支板和凹腔分別安裝在兩級(jí)燃燒室壁面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的主支板和小支板為楔形迎風(fēng)面、帶后掠角的結(jié)構(gòu)，噴嘴位置分別位于迎風(fēng)面和側(cè)壁面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的小支板為四個(gè)，沿一級(jí)燃燒室內(nèi)壁面周向均布安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述的凹腔為四個(gè)，沿二級(jí)燃燒室內(nèi)壁面周向均布，凹腔的長(zhǎng)深比為5。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種圓形結(jié)構(gòu)的中心火箭式雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，該雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，采用圓形結(jié)構(gòu)燃燒室，在隔離段中安裝中心火箭，中心火箭的高溫富燃燃?xì)饪梢宰鳛橛行У狞c(diǎn)火源及火焰穩(wěn)定源；采用小支板組進(jìn)行噴射二次燃料，與來流空氣組織二次燃燒。二次燃料的噴射為沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向逐級(jí)噴射，其中一級(jí)燃燒室中由支板直接噴射，二級(jí)燃燒室中可由凹腔前噴射，也可在加裝支板后，由支板噴射。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工，操作安全可靠，更適用于大尺寸結(jié)構(gòu)的雙模態(tài)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工程應(yīng)用。
文檔編號(hào)F02K9/62GK202220677SQ20112034725
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者何國(guó)強(qiáng), 劉佩進(jìn), 劉洋, 呂翔, 李江, 李鵬飛, 湯祥, 秦飛, 魏祥庚 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)