CN101907038B - 一种喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室，其根据形成低频燃烧振荡的基本原理，通过使用控制阀门喷射将进气道内的少量空气喷射进入燃烧腔。同时利用阀门控制喷射时间和喷射量，实现将其以持续喷射的方式引入到燃烧腔的后向台阶中，破坏燃烧腔内后向台阶处产生的旋涡，在发动机工作过程中能够有效地消除低频燃烧振荡，提高了燃烧室的工作性能和可靠性。其结构简单，效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲压发动机结构，特别是涉及一种使用控制阀门喷射空气消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室。
背景技术
现有冲压发动机为了实现高效可靠的点火和提高燃烧效率，通常在燃烧室入口处使用突扩结构。但是这种突扩结构在某些工作情况下会在燃烧室中引起纵向低频的燃烧振荡。现有公开文献“低频振荡燃烧研究综述”(《推进技术》，Vol.17，No.4，1996，47-53)和“Closed-Loop Active Control of CombustionInstabilities Using Subharmonic Secondary Fuel Injection”(《Journal ofPropulsion and Power》Vol.15，No.4，1999，584-590)文中描述了消除燃烧振荡的通常方法是在燃烧室内设置隔板和声腔。但是在燃烧室内设置隔板和声腔会过多的增加发动机的消极重量，也会对热防护带来困难，并且这种方法只对高频燃烧振荡起作用，对低频燃烧振荡的消除作用不明显，也很难满足使用要求。上述公开文献中还提到了使用音频输出装置和二次燃烧喷射进行燃烧振荡的主动控制方法，由于信号检测和控制作用装置过于庞大，这些控制技术实现难度较大，目前难以在工程实践中使用。
本发明针对这种情况，根据形成低频燃烧振荡的基本原理，通过将进气道中的部分空气引入到燃烧室进行喷射，同时利用阀门控制喷射时间和喷射量，实现将其以持续喷射的方式引入到燃烧室的后向台阶中，破坏该处产生的大尺度旋涡，从而起到消除冲压发动机燃烧室的低频燃烧振荡的作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用控制阀门喷射空气来消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室。在利用阀门控制对进气道中附面层内的空气进行少量的抽吸，并控制其喷注时刻，将其以持续喷射的方式引入到燃烧室的后向台阶中，利用高速空气喷射对大尺度旋涡形成扰动，从而起到消除燃烧振荡的作用。
为解决上述技术问题，本发明喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机包括进气道、喷油环、喷射控制阀门及其管道和燃烧腔等部分。除了喷射控制阀门及所连接的管道外，整个发动机采用轴对称式布局。发动机壳体与进气道可以通过一体化制造，焊接或螺纹连接加工成为一个整体。所述燃烧腔入口上游设置有喷油环，提供燃油喷射。喷射控制阀门所连接的管道前端位于进气道中部，其后端位于燃烧腔突扩结构的后向台阶中部，控制阀门位于管道后部，靠近燃烧腔。喷射控制阀门及其管道通过焊接方式与其它部件固定连接。
本发明提出的使用控制阀门喷射空气消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室，是在冲压发动机出现不稳定燃烧时控制阀门打开，通过将进气道内的少量空气喷射进燃烧腔，破坏燃烧腔内后向台阶处产生的旋涡，在发动机工作过程中能够有效地消除低频燃烧振荡，提高了燃烧室的工作性能和可靠性。其结构简单，效果明显。其通过控制阀门的空气量为进气道总进气量的3％～5％之间。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室作进一步详细的说明。
图1是本发明喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室结构示意图。
图2是本发明喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室与普通燃烧室燃烧振荡程度对比曲线图。
1.进气道 2.喷油环 3.控制阀门 4.燃烧腔
具体实施方式
如图1所示，为本发明喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室的结构图。该冲压发动机包括进气道1、喷油环2、喷射控制阀门3及其管道和燃烧腔4部分，除了喷射控制阀门3及所连接的管道外，冲压发动机采用轴对称式布局。发动机壳体与进气道1可以通过一体化制造，焊接或螺纹连接加工成为一个整体。燃烧腔入口上游设置有喷油环2，提供燃油喷射。喷射控制阀门3所连接的管道前端位于进气道1中部，其后端位于燃烧腔4突扩结构的后向台阶中部，控制阀门位于管道后部，靠近燃烧腔4。喷射控制阀门3及其管道通过焊接方式与其它部件固定连接。
在发动机出现不稳定燃烧时控制阀门3打开，通过控制阀门3的空气量为进气道总进气量的3％～5％之间。喷射控制阀门3选用具有快速响应功能的阀门实现空气的喷射。
本发明提出的喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室的进气道1、喷油环2和燃烧腔4可根据使用环境选用耐高温高强钢。喷射控制阀门选用具有快速响应功能的控制阀门3实现空气的喷射。本发明燃烧室壳体采用30CrMnSiA材料，燃烧室壳体厚度可以根据需要选取，在本实施例中选取为10mm，燃烧室内直径可以根据实际需要选取，在本实施例中选取为60mm。燃烧腔入口前端设置有喷油环2，喷油环上设置4个均布的支撑点焊接在发动机壳体上，喷油环2采用30CrMnSiA材料。在燃烧腔突扩面上均匀分布2个互为180°的、直径为3mm的小孔，在进气道1内均布2个直径为3mm的小孔，直径为3mm的金属管一端焊接在这2个小孔上。另一端与喷射控制阀相连接，喷射控制阀的另一端连接金属管，金属管的另一端与燃烧腔4上的小孔固定焊接。当燃烧腔4工作后出现燃烧振荡时打开喷射控制阀，由于进气道1压强高于燃烧腔4压强，有一部分空气通过喷射控制阀喷射进入燃烧腔4突扩面处。高速空气射流会干扰大尺度旋涡的形成，从而实现消除燃烧振荡的作用。
图2为本发明提出的喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室与普通燃烧室燃烧振荡程度的对比曲线，通过对比验证可以发现使用本发明提出的冲压发动机燃烧室燃烧振荡幅度远小于普通燃烧室，成功地消除了低频燃烧振荡。
本发明提出的喷射式消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室，是通过使用控制阀门喷射将进气道内的少量空气喷射进入燃烧腔，破坏燃烧腔内后向台阶处产生的旋涡，在发动机工作过程中能够有效地消除低频燃烧振荡，保持其稳定燃烧，提高了燃烧室的工作性能和可靠性，其结构简单，效果明显。
Claims (1)
1.一种使用阀门喷射空气消除燃烧振荡的冲压发动机燃烧室，包括进气道、喷油环和燃烧腔，其特征在于：它还包括一个具有高频控制功能的喷射控制阀门(3)及其管道，喷射控制阀门(3)所连接的管道前端位于进气道(1)中部，其后端位于燃烧腔(4)突扩结构的后向台阶中部，控制阀门位于管道后部，靠近燃烧腔(4)，喷射控制阀门(3)及其管道通过焊接方式与其它部件固定连接；燃烧腔突扩面上均匀分布2个互为180°的、直径为3mm的小孔与控制阀门(3)及其管道后端焊接，在进气道(1)内均布2个直径为3mm的小孔与控制阀门(3)及其管道前端焊接；在发动机出现不稳定燃烧时控制阀门打开，通过控制阀门的空气量为进气道总进气量的3％～5％之间。
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