CN106768614A - 一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置 - Google Patents

一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置 Download PDF

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林志勇
蔡晓东
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袁雪强
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Abstract

本发明公开一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置，包括燃烧室腔体和设置于其开口端并用于引入超声速预混气体的来流通道、设置于其侧壁上并用于引入热射流的射流通道，以及若干个可拆卸地设置于其内并且具有不同形状表面、以使爆震波在不同形状扩张面上传播的扩张型面体。其中，扩张型面体可拆卸地设置在燃烧室腔体内，可根据实验的需要设置多个，以便随意更换。如此，爆震波在燃烧室腔体内产生时，沿着各个扩张型面体的不同形状的扩张面进行传播，产生各种不同的爆震燃烧结果，因此，本发明能够顺利实现对爆震基发动机在点火起爆燃烧时的扩张传播过程的实验研究，相比于现有技术，提高了实验结果的真实性、精确性和可靠度。

Description

一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置
技术领域
本发明涉及飞行器发动机技术领域，特别涉及一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置。
背景技术
随着高超声速飞行器的发展，推进系统的效率成为了制约发动机推力进一步提高的瓶颈之一，而爆震燃烧具有较高的热力循环效率，爆震基发动机可作为高超声速推进系统的潜在方案。发动机中来流处于超声速状态，爆震燃烧的点火起爆是其中的关键技术之一。热射流起爆与斜坡或尖劈起爆相比，无需冷却、且调节方便，有更明显的优势。
在现有技术中，通常通过热射流爆震燃烧试验装置实现对超声速爆震发动机的热射流起爆爆震燃烧过程的实验研究。目前，常规的热射流爆震燃烧试验装置可成功实现爆震点火起爆，可研究不同的来流工况和不同射流状态对爆震起爆过程的影响。但是，现有技术中的热射流爆震燃烧试验装置，其实验流道一般为等直通道，进行热射流爆震燃烧实验时，燃烧空间结构单一，不符合飞行器发动机实际热射流起爆时的情况，忽略了爆震基发动机起爆燃烧时的扩张传播过程。
因此，如何使热射流爆震燃烧试验装置实现对爆震基发动机在点火起爆燃烧时的扩张传播过程，提高实验结果的精确性和可靠度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置，能够使热射流爆震燃烧试验装置实现对爆震基发动机在点火起爆燃烧时的扩张传播过程的实验研究，提高实验结果的精确性和可靠度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置，包括燃烧室腔体和设置于其开口端并用于引入超声速预混气体的来流通道、设置于所述燃烧室腔体的侧壁上并用于引入热射流的射流通道，以及若干个可拆卸地设置于所述燃烧室腔体内并且具有不同形状表面、以使爆震波在不同形状扩张面上传播的扩张型面体。
优选地，所述扩张型面体包括互相拼接的等直段和变面段，且所述等直段邻近所述来流通道；所述等直段的表面为平面，并与所述来流通道的出口底面齐平，且所述变面段的表面高度与所述等直段的表面高度不同。
优选地，所述变面段的表面为高度自其与所述等直段相连的一端至相对的另一端渐变的斜面。
优选地，所述变面段与所述等直段相连一端的表面高度与所述等直段的表面高度齐平。
优选地，所述燃烧室腔体的侧壁上可拆卸地设置有热射流盖板，且所述射流通道设置于所述热射流盖板上，并与所述燃烧室腔体连通。
优选地，所述热射流盖板上设置有用于测量热射流喷流前后的压力的测压孔。
优选地，所述扩张型面体上设置有用于与所述燃烧室腔体上所设置的安装槽孔相配合的安装定位部。
优选地，所述扩张型面体与所述燃烧室腔体相连的位置设置有用于保证所述燃烧室腔体密封性的密封圈。
优选地，还包括设置于所述燃烧室腔体外壁上的紧固板，且所述紧固板上设置有用于固定所述扩张型面体、同时使所述紧固板压紧所述密封圈的紧固件。
优选地，还包括设置于所述燃烧室腔体上、用于使用户观察其内爆震波起爆传播过程的观察窗。
本发明所提供的用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置，主要包括燃烧室腔体、来流通道、射流通道和扩张型面体。其中，燃烧室腔体为本热射流爆震燃烧试验装置的主体部分，主要用于为热射流点火起爆传播提供实验场所。来流通道设置在燃烧室腔体的开口端，主要用于将超声速预混气体引入到燃烧室腔体中。射流通道设置在燃烧室腔体的侧壁上，主要用于将热射流引入到燃烧室腔体中，如此，热射流即可顺利将超声速预混气体点燃。扩张型面体是本发明的核心部件，其可拆卸地设置在燃烧室腔体内，可根据实验的需要设置多个，以便随意更换，重要的是，各个扩张型面体的表面形状各不相同，当超声速预混气体被热射流引燃时，爆震所形成的爆震波从来流通道产生，并迅速在扩张型面体的表面上传播。如此，本发明所提供的热射流爆震燃烧试验装置，可通过更换不同表面形状的扩张型面体，使实验产生的爆震波在燃烧室腔体内产生时，沿着各个扩张型面体的不同形状的扩张面进行传播，产生各种不同的爆震燃烧结果，而这应对着爆震基发动机在实际运行时所面临的复杂工况。因此，本发明所提供的热射流爆震燃烧试验装置，能够顺利实现对爆震基发动机在点火起爆燃烧时的扩张传播过程的实验研究，相比于现有技术中通过等直通道研究爆震波的传播方式，提高了实验结果的真实性、精确性和可靠度。
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为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为图1中所示的扩张型面体的具体结构示意图。
其中，图1-图3中：
燃烧室腔体—1，来流通道—2，射流通道—3，扩张型面体—4，等直段—401，变面段—402，安装定位部—403，热射流盖板—5，测压孔—6，密封圈—7，紧固板—8，紧固件—9，观察窗—10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置主要包括燃烧室腔体1、来流通道2、射流通道3和扩张型面体4。
其中，燃烧室腔体1为本热射流爆震燃烧试验装置的主体部分，主要用于为热射流点火起爆传播提供实验场所。
来流通道2设置在燃烧室腔体1的开口端，主要用于将超声速预混气体引入到燃烧室腔体1中。一般的，该来流通道2可呈矩形通道或圆形通道。
射流通道3设置在燃烧室腔体1的侧壁上，主要用于将热射流引入到燃烧室腔体1中，如此，热射流即可顺利将超声速预混气体点燃。一般的，来流通道2可设置在燃烧室腔体1的前端，而射流通道3可设置在燃烧室腔体1的顶部，并且射流通道3与燃烧室腔体1连通。
扩张型面体4是本发明的核心部件，其可拆卸地设置在燃烧室腔体1内，可根据实验的需要设置多个，以便随意更换。重要的是，各个扩张型面体4的表面形状各不相同，当超声速预混气体被热射流引燃时，爆震所形成的爆震波从来流通道2产生，并迅速在扩张型面体4的表面上传播。
如此，本发明所提供的热射流爆震燃烧试验装置，可通过更换不同表面形状的扩张型面体4，使实验产生的爆震波在燃烧室腔体1内产生时，沿着各个扩张型面体4的不同形状的扩张面进行传播，产生各种不同的爆震燃烧结果，而这应对着爆震基发动机在实际运行时所面临的复杂工况。因此，本发明能够顺利实现对爆震基发动机在点火起爆燃烧时的扩张传播过程的实验研究，相比于现有技术中通过等直通道研究爆震波的传播方式，提高了实验结果的真实性、精确性和可靠度。
在关于扩张型面体4的一种优选实施方式中，该扩张型面体4主要包括两部分：等直段401和变面段402。其中，等直段401为表面高度相等的部分，而变面段402为表面高度不与等直段401的表面高度相等的部分。并且，等直段401相对于变面段402邻近来流通道2，也就是说，等直段401距离来流通道2较近，而变面段402距离来流通道2较远。如此，进行热射流爆震燃烧试验时，爆震波首先通过等直段401，再通过变面段402进行传播。
具体的，等直段401的侧壁可与燃烧室腔体1的侧壁紧贴，并且其表面高度与来流通道2的出口底面齐平，如此既可避免对爆震波的传播形成阻碍，又可使爆震波在等直段402内处于相同传播环境。爆震波在等直段401上点火起爆形成后，紧接着便迅速沿着变面段402的表面进行传播。
变面段402的表面高度与等直段401的表面高度不同，如此，当爆震波从等直段401传播到变面段402时，其传播环境、燃烧室腔体1内的空间环境骤然发生变化，爆震波即在不同扩张面上进行起爆传播，与爆震基发动机的实际工况接近。
在关于变面段402的一种优选实施方式中，该变面段402整体呈斜坡状，其表面高度自其一端至另一端渐变。具体的，变面段402的表面高度自其与等直段401相连的一端至另一端逐渐降低。如此设置，在燃烧室腔体1内，超声速预混气体的燃烧环境即大致成喇叭状，当爆震波产生时，首先在等直段401内传播，该过程中传播环境均相同，而当爆震波传播到变面段402上时，爆震波在扩张型面体4的表面上传播，其传播环境不断变化，传播空间不断扩大，可直观地观察到爆震波在此种扩张型面上的传播形式。
同时，为使爆震波在等直段401与变面段402之间传播时能够平稳地过渡，避免传播过程中的突兀波动存在，可将变面段402与等直段401相连一端的表面高度与等直段401的表面高度齐平。
当然，变面段402的表面高度可以为自其与等直段401相连的一端至相对的一端逐渐增加的形式，此时，爆震波的传播空间在变面段402上逐渐减小，其传播环境同样不断变化，可直观地观察到爆震波在减缩型扩张型面上的传播形式。
另外，变面段402的表面结构并不仅限于上述两种高度渐增或渐低的平滑过渡形式，还可以为凹凸不平或波浪起伏等形式，其具体表面形式可根据实验需要而选择，实际操作时，只需将对应形状的扩张面的扩张型面体4安装到燃烧室腔体1上即可。
此外，本实施例还在燃烧室腔体1的侧壁上设置了热射流盖板5，射流通道3就设置在热射流盖板5上，并且与燃烧室腔体1连通。重要的是，热射流盖板5可拆卸地设置在燃烧室腔体1上，如此可在进行实验时更换不同类型的热射流盖板5，以此更换射流通道3的位置，从而研究不同热射流位置对实验结果的影响；同时还可更换射流通道3的直径，从而研究不同热射流直径的起爆机理。另外还可将热射流盖板5设置为对称结构，如此只需调换其安装方向，即可顺利开展两种不同射流位置的实验。
接上述，为尽可能精确实验环境数据，本实施例在热射流盖板5上设置了测压孔6。具体的，该测压孔6主要用于检测热射流喷流前后的压力，以便精确控制射流压力。同理，该测压孔6也可设置在扩张型面体4的等直段401或变面段402上。
另外，为方便实验人员对不同扩张型面体4的更换，可在各扩张型面体4上设置安装定位部403。燃烧室腔体1上设置有安装槽孔，而该安装定位部403即用于与该安装槽孔配合，在拆装扩张型面体4时，只需拆装安装定位部403即可快速完成定位装配。
不仅如此，为进一步提高实验结果的可靠度，需要尽量排除外界干扰，为此，本实施例在扩张型面体4与燃烧室腔体1相连的位置设置了密封圈7，如此，超声速预混气体进入到燃烧室腔体1中后即可避免泄露，保证了燃烧室腔体1的气密性。同理，也可在热射流盖板5与燃烧室腔体1相连的位置设置该密封圈7。
而考虑到爆震波在传播过程中，对扩张型面体4将造成较大压力，为避免扩张型面体4在压力下发生位移影响爆震波的传播，本实施例在燃烧室腔体1的外壁上设置了紧固板8，并同时通过设置在紧固板8上的紧固件9将设置在燃烧室腔体1内的扩张型面体4紧固。同时，该紧固板8还能够在紧固件9的压紧力下，压紧密封圈7，进一步提高燃烧室腔体1的气密性。
另外，为使实验人员能够直观、清楚地对爆震波的传播过程进行观察，本实施例还在燃烧室腔体1上设置了观察窗10。具体的，该观察窗10可为透明玻璃，透过该观察窗10，实验人员即可全程观察到爆震波在等直段401上的点火起爆过程，以及在变面段402上的传播过程。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于超声速爆震发动机的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，包括燃烧室腔体(1)和设置于其开口端并用于引入超声速预混气体的来流通道(2)、设置于所述燃烧室腔体(1)的侧壁上并用于引入热射流的射流通道(3)，以及若干个可拆卸地设置于所述燃烧室腔体(1)内并且具有不同形状表面、以使爆震波在不同形状扩张面上传播的扩张型面体(4)。
2.根据权利要求1所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述扩张型面体(4)包括互相拼接的等直段(401)和变面段(402)，且所述等直段(401)邻近所述来流通道(2)；所述等直段(401)的表面为平面，并与所述来流通道(2)的出口底面齐平，且所述变面段(402)的表面高度与所述等直段(401)的表面高度不同。
3.根据权利要求2所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述变面段(402)的表面为高度自其与所述等直段(401)相连的一端至相对的另一端渐变的斜面。
4.根据权利要求3所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述变面段(402)与所述等直段(401)相连一端的表面高度与所述等直段(401)的表面高度齐平。
5.根据权利要求1所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述燃烧室腔体(1)的侧壁上可拆卸地设置有热射流盖板(5)，且所述射流通道(3)设置于所述热射流盖板(5)上，并与所述燃烧室腔体(1)连通。
6.根据权利要求5所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述热射流盖板(5)上设置有用于测量热射流喷流前后的压力的测压孔(6)。
7.根据权利要求5所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述扩张型面体(4)上设置有用于与所述燃烧室腔体(1)上所设置的安装槽孔相配合的安装定位部(403)。
8.根据权利要求7所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，所述扩张型面体(4)与所述燃烧室腔体(1)相连的位置设置有用于保证所述燃烧室腔体(1)密封性的密封圈(7)。
9.根据权利要求8所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，还包括设置于所述燃烧室腔体(1)外壁上的紧固板(8)，且所述紧固板(8)上设置有用于固定所述扩张型面体(4)、同时使所述紧固板(8)压紧所述密封圈(7)的紧固件(9)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的热射流爆震燃烧试验装置，其特征在于，还包括设置于所述燃烧室腔体(1)上、用于使用户观察其内爆震波起爆传播过程的观察窗(10)。
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