CN104764045B - 一种超声速燃烧室凹腔点火装置及超燃冲压发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声速燃烧室凹腔点火装置及超燃冲压发动机，包括安装底座，所述安装底座上游设置有燃料喷孔，安装底座下游设置有凹腔，燃料喷孔与所述凹腔设置于所述安装底座同一平面，所述凹腔底面设置有火花塞，所述火花塞下游方向设置有挡片，所述挡片包括形状相同的左侧挡片和右侧挡片，所述左侧挡片与所述右侧挡片为三角形，左侧挡片与右侧挡片长度相等的一条边相连接且另一相邻边分别固定在所述凹腔底面上，所述左侧挡片与所述右侧挡片面向所述火花塞方向的夹角α小于180°。该超声速燃烧室凹腔点火装置通过挡片对燃料的抬举作用，有效降低了火花塞处燃料发生的富集情况，保证燃料与空气具有适当的混合比，加大点火的成功率。

Description

一种超声速燃烧室凹腔点火装置及超燃冲压发动机

技术领域

本发明涉及一种超声速燃烧室，更具体地说，特别涉及一种超声速燃烧室凹腔点火装置及超燃冲压发动机。

背景技术

在超声速燃烧室内，由于燃料处于高速流动中，因此，燃料点火、混合和燃烧通常比较困难，现有技术中，为使燃料更加顺利点火，通常会在点火区域设置凹腔，如此，超声速的气流流过凹腔时会在凹腔内形成回流区，能够使火焰始终驻留在其中，并作为新的火源持续点燃上游输送来的燃料。附图1提供了一种现有技术超声速燃烧室凹腔点火装置结构示意图，参见附图1，该超声速燃烧室凹腔点火装置包括安装座01，安装座01内设置有凹腔02，凹腔02前壁处上方设置有燃料喷孔03，凹腔02内设置有火花塞04。燃料从燃料喷孔03喷射经过凹腔02时，会在凹腔02内形成回流区，如此，火花塞04即可对回流的燃料进行点火。该种超声速燃烧室凹腔点火装置虽然可以在一定程度上加大点火成功的概率，但是由于凹腔结构形式的特殊性，当燃料喷孔持续的不断喷射燃料时，回流到凹腔的燃料很容易出现富集的现象，进而影响燃料与空气的混合比，造成点火的成功率下降，甚至造成点火失败、或者直接熄火等。

综上所述，如何提供一种能有效避免燃料富集，保证燃料与空气具有适当的混合比，加大点火成功率的超声速燃烧室凹腔点火装置成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种超声速燃烧室凹腔点火装置，该超声速燃烧室凹腔点火装置通过其结构设计，能有效避免燃料富集，保证燃料与空气具有适当的混合比，加大点火的成功率。

本发明还提供了包括上述超声速燃烧室凹腔点火装置的超燃冲压发动机。

一种超声速燃烧室凹腔点火装置，包括安装底座，所述安装底座上游设置有燃料喷孔，所述安装底座下游设置有凹腔，所述燃料喷孔与所述凹腔设置于所述安装底座同一平面，所述凹腔底面设置有火花塞，所述火花塞下游方向设置有挡片，所述挡片包括形状相同的左侧挡片和右侧挡片，所述左侧挡片与所述右侧挡片为三角形，所述左侧挡片与所述右侧挡片长度相等的一条边相连接且另一相邻边分别固定在所述凹腔底面上，所述左侧挡片与所述右侧挡片面向所述火花塞方向的夹角α小于180°。

为进一步提升所述挡片对燃料的抬举作用，优选地，所述左侧挡片与所述右侧挡片之间的夹角α小于120°且大于90°。

优选地，所述左侧挡片与所述右侧挡片之间的夹角α为105°。

为进一步实现所述挡片对燃料的抬升作用，优选地，所述挡片的高度为10mm至11mm。

优选地，所述挡片的高度为10.6mm。

优选地，所述左侧挡片和所述右侧挡片顶角处到两侧底角处长度为25mm至26mm。

优选地，所述左侧挡片和所述右侧挡片顶角处到两侧底角处长度为25.6mm。

为进一步加强点火的成功率，优选地，所述火花塞设置于所述左侧挡片与所述右侧挡片两外侧底角之间连线的中点处。

优选地，所述挡片为蒙皮铁片挡片。

本发明还提供了一种超燃冲压发动机，所述超燃冲压发动机包括上述任意一项技术方案所述的超声速燃烧室凹腔点火装置。

本发明的有益效果是：该超声速燃烧室凹腔点火装置在火花塞下游设置有呈一定夹角连接的两个三角形挡片，如此，在燃料喷孔喷射出的燃料回流至凹腔内时，挡片会对燃料起到抬举作用，有效降低了火花塞处燃料发生的富集情况，加大点火的成功率；同时，挡片上沿形成流向涡，能够对燃料与空气均匀搅拌，更利于凹腔内燃料与空气的混合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为背景技术一种超声速燃烧室凹腔点火装置的结构示意图；

图2为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置整体结构示意图；

图3为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置主视图；

图4为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置俯视图；

图5为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置挡片的主视图；

图6为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置挡片的左视图；

图7为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置挡片的俯视图；

图8为无挡片凹腔内部速度流线图；

图9为有挡片凹腔内部速度流线图；

图10为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置燃料输示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如附图2、附图3和附图4所示，附图2、附图3和附图4提供了一种超声速燃烧室凹腔点火装置的具体实施例，如附图所示，该超声速燃烧室凹腔点火装置包括安装底座1，安装底座1上游设置有燃料喷孔2，燃料喷孔2用于燃料的喷射。

安装底座1下游设置有凹腔3，燃料喷孔2与凹腔3设置于安装底座1同一平面，本实施例中，燃料喷孔2与凹腔3均设置于安装底座1的上平面。

凹腔3底面设置有火花塞4，火花塞4用于给燃料点火，火花塞4下游方向设置有挡片5，挡片5用于对燃料进行抬举，避免燃料在火花塞4处发生富集；同时，挡片5上沿形成流向涡，在挡片5的作用下，能够对燃料与空气均匀搅拌，更利于凹腔3内燃料与空气的混合。

附图5、附图6和附图7提供了一种挡片的具体实施例，其中，附图5为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置挡片的主视图；附图6为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置挡片的左视图；附图7为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置挡片的俯视图。

如附图所示，该挡片5包括形状相同的左侧挡片501和右侧挡片502，左侧挡片501与右侧挡片502均为三角形。

其中，左侧挡片501的a边与右侧挡片502的a′边长度相等，左侧挡片501的a边与右侧挡片502的a′边相连接组合在一起，左侧挡片501的a边相邻的一边b边以及右侧挡片502的a′边相邻的一边b′边分别固定在凹腔3底面上，左侧挡片501与右侧挡片502面向火花塞4方向的夹角α小于180°。

经过试验表明，在目前比较常用的超声速燃烧室中，当左侧挡片501与右侧挡片502之间的夹角α为105°，抬举效果比较好。

当挡片5的高度为10.6mm，抬举效果比较好。

当左侧挡片501和右侧挡片502顶角处到两侧底角处长度为25.6mm，抬举效果比较好。

通过对挡片5高度以及夹角α进行优化设计，都可以提升挡片5对燃料的抬举作用，进一步防止燃料富集现象的发生，保证点火的成功率。

本实施例中，为进一步加强点火的成功率，火花塞4设置于所述左侧挡片501与右侧挡片502两外侧底角之间连线的中点处。

本实施例中，挡片5为蒙皮铁片挡片。如此，在点火成功以后的稳定燃烧阶段，挡片5会因凹腔3内燃料燃烧产生的强烈释热而融化，因此，挡片5会起到点火增强的作用而不会影响到凹腔3内的火焰稳定能力。

附图8和附图9通过数值仿真对凹腔内没有设置挡片和设置挡片两种不同情况进行了对比，其中，附图8为无挡片凹腔内部速度流线图，附图9为有挡片凹腔内部速度流线图。

由附图8和附图9可知，附图8中，凹腔3内部存在两个回流结构，两个回流结构接近凹腔3外边缘位置。附图9中，凹腔3内设置有挡片5，可以看出在挡片5的作用下，凹腔3的角回流区内存在一个回流结构，在凹腔3下方也存在一个小的回流结构，这种回流结构更加利于初始火核的驻定与传播。

通过以上数值仿真模拟比较，可以清楚的看出在凹腔3底面上设置挡片5后，凹腔3内回流区结构向凹腔3的角回流区处移动，火花塞4处的燃料富集情况得到有效缓解。

由此可知，在凹腔3底面上设置挡片5能够降低凹腔3上游燃料喷注卷吸量所引起的富集情况，能起到加强点火的效果；同时，挡片5上沿形成流向涡，能够对燃料与空气均匀搅拌，更利于凹腔3内燃料与空气的混合。

图10为本发明超声速燃烧室凹腔点火装置燃料输示意图。如图可知，燃料经燃料喷孔2喷射出来后，有一部分遭受到凹腔3侧壁的阻挡回流到凹腔3内，凹腔3内的燃料在挡片5的作用下会发生抬举，而不会造成火花塞4处燃料的富集。

整体来说，该超声速燃烧室凹腔点火装置在火花塞4下游设置有呈一定夹角连接的两个三角形挡片(左侧挡片501与右侧挡片502)，如此，在燃料喷孔2喷射出的燃料回流至凹腔3内时，挡片5会对燃料起到抬举作用，有效降低了火花塞4处燃料发生的富集情况，保证燃料与空气具有适当的混合比，加大点火的成功率。

本发明通过在凹腔3底面上设置一定角度、宽度及形状的挡片5，改变燃料在凹腔3内的输运过程，增强燃料与空气之间的混合，从而起到增强凹腔3点火能力的效果；同时，将挡片5安装在凹腔3底面上，可以有效降低流动的总压损失，起到了均匀掺混凹腔3内火花塞4处燃料与空气的作用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声速燃烧室凹腔点火装置，包括安装底座(1)，所述安装底座(1)上游设置有燃料喷孔(2)，所述安装底座(1)下游设置有凹腔(3)，所述燃料喷孔(2)与所述凹腔(3)设置于所述安装底座(1)同一平面，所述凹腔(3)底面设置有火花塞(4)，其特征在于，所述火花塞(4)下游方向设置有挡片(5)，所述挡片(5)包括形状相同的左侧挡片(501)和右侧挡片(502)，所述左侧挡片(501)与所述右侧挡片(502)为三角形，所述左侧挡片(501)与所述右侧挡片(502)长度相等的一条边相连接且另一相邻边分别固定在所述凹腔(3)底面上，所述左侧挡片(501)与所述右侧挡片(502)面向所述火花塞(4)方向的夹角α小于180°。

2.根据权利要求1所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述左侧挡片(501)与所述右侧挡片(502)之间的夹角α小于120°且大于90°。

3.根据权利要求2所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述左侧挡片(501)与所述右侧挡片(502)之间的夹角α为105°。

4.根据权利要求1所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述挡片(5)的高度为10mm至11mm。

5.根据权利要求4所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述挡片(5)的高度为10.6mm。

6.根据权利要求1所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述左侧挡片(501)和所述右侧挡片(502)顶角处到两侧底角处长度为25mm至26mm。

7.根据权利要求6所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述左侧挡片(501)和所述右侧挡片(502)顶角处到两侧底角处长度为25.6mm。

8.根据权利要求1所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述火花塞(4)设置于所述左侧挡片(501)与所述右侧挡片(502)两外侧底角之间连线的中点处。

9.根据权利要求1所述的超声速燃烧室凹腔点火装置，其特征在于，所述挡片(5)为蒙皮铁片挡片。

10.一种超燃冲压发动机，其特征在于，所述超燃冲压发动机包括权利要求1至9任意一项所述的超声速燃烧室凹腔点火装置。