CN106837603A - 一种超声速爆震发动机及其推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推进系统，包括进气道、燃烧室和与所述燃烧室连接的扩张喷管，所述燃烧室的壁面上设有供热射流喷出后诱发来流形成斜爆震波的热射流喷口；所述斜爆震波作用在所述扩张喷管靠近所述燃烧室的一端，并且沿所述扩张喷管的壁面推进。本发明所提供的推进系统，通过在所述燃烧室设置所述热射流喷口，在所述来流流动至所述燃烧室中，通过所述热射流喷口射出热射流，诱导所述来流起爆，热射流相当于一个气动斜坡，无需冷却、调节方便，可有效解决现有技术中的气动加热问题，可有效提高燃烧效率。本发明还公开了一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

Description

一种超声速爆震发动机及其推进系统

技术领域

本发明涉及爆震发动机设备领域，特别是涉及一种推进系统。此外，本发明还涉及一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

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，而爆震燃烧热力循环效率高、热释放快，基于爆震燃烧的超声速推进系统布局紧凑，结构简单，因此，爆震基发动机可作为高超声速推进系统的潜在方案。

现有技术中，在高超声速条件下，爆震燃烧室通过斜坡诱导爆震的方式组织燃烧，一体化的超声速爆震发动机中，燃料在前体喷入，燃烧和来流迅速混合，在前体处斜坡诱导产生斜爆震波，通过爆震波的预混气体迅速地在燃烧室发生燃烧，之后通过扩张段膨胀产生推力。

然而，现有技术中主要考虑的是采用壁面斜坡或主流的尖劈诱导形成爆震波的方式组织爆震燃烧，在采用斜坡起爆时，斜坡容易导致气动加热问题，燃烧效率低。

同时，现有技术中的推进系统，燃烧室和扩张喷管单独设置，由于燃烧室需要混合燃料，因此，燃烧室的长度一般都较长，导致整个推进系统的体积较大，发动机的结构复杂。

因此，如何解决推进系统的气动加热问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种推进系统，该推进系统采用热射流诱导斜爆震燃烧，与斜坡或尖劈起爆相比，热射流相当于一个气动斜坡，无需冷却、调节方便。本发明的另一目的是提供一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种推进系统，包括进气道、燃烧室和与所述燃烧室连接的扩张喷管，所述燃烧室的壁面上设有供热射流喷出后诱发来流形成斜爆震波的热射流喷口；所述斜爆震波作用在所述扩张喷管靠近所述燃烧室的一端，并且沿所述扩张喷管的壁面推进。

优选的，所述热射流喷口位于所述燃烧室的下壁面，并且喷口方向朝上。

优选的，所述热射流喷口设置在所述燃烧室靠近所述扩张喷管的一端。

优选的，所述热射流喷口上连接有热射流输送管道。

优选的，还包括与所述热射流喷口连接的控制器，所述控制器用于：

获取所述来流的流速；

根据所述来流的流速计算所述热射流喷口的最佳喷射强度；

调节所述热射流喷口中喷出的热射流强度至所述最佳喷射强度。

优选的，所述燃烧室与所述扩张喷管形成一体化燃烧室扩张喷管。

优选的，所述进气道与所述燃烧室之间通过隔离段连通。

优选的，所述进气道的前端设有前体燃料喷注口，所述前体燃料喷注口用于向所述进气道中喷入燃料以形成预混燃料。

本发明还提供一种超声速爆震发动机，包括上述任意一项所述的推进系统。

本发明所提供的推进系统，包括进气道、燃烧室和与所述燃烧室连接的扩张喷管，所述燃烧室的壁面上设有供热射流喷出后诱发来流形成斜爆震波的热射流喷口；所述斜爆震波作用在所述扩张喷管靠近所述燃烧室的一端，并且沿所述扩张喷管的壁面推进。该推进系统，通过在所述燃烧室设置所述热射流喷口，在所述来流流动至所述燃烧室中，通过所述热射流喷口射出热射流，诱导所述来流起爆，热射流相当于一个气动斜坡，无需冷却、调节方便，可有效解决现有技术中的气动加热问题，可有效提高燃烧效率。

本发明所提供的超声速爆震发动机设有上述推进系统，由于所述推进系统具有上述技术效果，因此，设有该推进系统的超声速爆震发动机也应当具有相应的技术效果。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的推进系统一种具体实施方式的结构示意图；

其中：1-前体燃料喷注口、2-预混燃料、3-进气道入口、4-热射流喷口、5-斜爆震波、A-进气道、B-隔离段、C-一体化燃烧室扩张喷管。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种推进系统，该推进系统利用热射流进行起爆来流预混气体，避免了较低速度时斜坡无法起爆来流预混气体，提高了斜爆震发动机使用工作的范围。本发明的另一核心是提供一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机。

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为本发明所提供的推进系统一种具体实施方式的结构示意图。

在该实施方式中，推进系统包括进气道A、燃烧室和与燃烧室连接的扩张喷管，燃烧室的壁面上设有供热射流喷出后诱发来流形成斜爆震波5的热射流喷口4；斜爆震波5作用在扩张喷管靠近燃烧室的一端，并且沿扩张喷管的壁面推进。

具体的，该推进系统设计状态为高超声速状态，燃烧室中的来流速度大于斜爆震波5的火焰前传速度，使得斜爆震波5能够稳定在燃烧室位置。

该推进系统基于热射流起爆，通过在燃烧室设置热射流喷口4，在来流流动至燃烧室中，通过热射流喷口4射出热射流，诱导来流起爆，热射流相当于一个气动斜坡，无需冷却、调节方便，可有效解决现有技术中的气动加热问题，可有效提高燃烧效率。

进一步，热射流喷口4位于燃烧室的下壁面，并且喷口方向朝上。上述设置，可以方便由热射流喷口4中喷出的热射流诱导超声速来流形成弓形激波，进而迅速点燃来流可燃气形成斜爆震波5。

在上述各实施方式的基础上，热射流喷口4设置在燃烧室靠近扩张喷管的一端，以方便在斜爆震波5在扩张喷管中迅速燃烧。

在上述各实施方式的基础上，热射流喷口4上连接有热射流输送管道，热射流通过热射流输送管道输送至热射流喷口4处，具体的，对于热射流的开启或关闭，以及对热射流强度的调整，均可以通过安装在热射流输送管道上的阀门进行控制。

在上述各实施方式的基础上，还包括与热射流喷口4连接的控制器，控制器用于：

获取来流的流速；

根据来流的流速计算热射流喷口4的最佳喷射强度，具体的，上述热射流的最佳喷射强度的确定原则为，使来流点燃后形成的斜爆震波5作用在扩张喷管的壁面上，具体可以通过多次试验总结出来流流速与热射流的最佳喷射强度之间的关系，并以此作为控制器的数据参考依据；

调节热射流喷口4中喷出的热射流强度至最佳喷射强度。

上述控制器的设置，既可以控制热射流的开启和关闭，还可以根据来流的流速将热射流的强度调整为最佳值，保证发动机的工作稳定性。

在上述各实施方式的基础上，燃烧室远离进气道A的一端设有扩张喷管，并且燃烧室与扩张喷管为一体结构，燃烧室和扩张喷管共同构成一体化燃烧室扩张喷管C，将斜爆震燃烧室和推力扩张喷管组合到一块，可以有效减小斜爆震波5与扩张喷管壁面之间的反射角度。

在上述各实施方式的基础上，进气道A与燃烧室之间通过隔离段B连通，隔离段B构成了该推进系统的隔离段B，隔离段B位于进气道A和一体化燃烧室扩张喷管C之间，隔离段B除了具备隔离进气道A和燃烧室间的相互干扰的作用外，燃料能够在隔离段B的相对较长的距离内进一步混合，在隔离段B的出口，即燃烧室的入口，形成完全充分混合的均匀预混可燃气体。

在上述各实施方式的基础上，进气道A的前端设有前体燃料喷注口1，前体燃料喷注口1用于向进气道A中喷入燃料以预混燃料22。具体的，该推进系统的进气道A主要负责捕获来流，使更多的来流经过进气道A前体压缩后进入燃烧室；进气道A还具有燃料掺混的功能，在进气道A的前体位置有前体燃料喷注口1，喷的是氢气燃料，喷入的燃料具有一定穿透深度；进气道A的前体距离长，到隔离段B时燃料基本混合均匀，燃料恰好能够完全进入进气道入口3，不会从下面的唇口，即进气道入口3溢出。

该推进系统中，由于在进气道A的前端设有前体燃料喷注口1，并且在进气道A和燃烧室之间设置隔离段B，因此，燃料可以在进气道A的前体部分以及隔离段B进行混合，到达燃烧室时，已经混合均匀，燃烧室的长度可以尽可能的缩短，进而与扩张喷管形成一体结构，这里所指的一体化燃烧室扩张喷管C是指在扩张喷管的一端设置长度足以形成斜爆震波5的长度即可，使得一体化燃烧室扩张喷管C的总长度相对于现有技术中的燃烧室和扩张喷管的长度明显降低，使得发动机的长度降低，简化了结构，节约制作成本，重量降低，提高发动机的整体性能。

本实施例所提供的推进系统，在高超声速飞行条件下，进气道A的前体喷入燃料，在隔离段B末尾，燃烧室之前，燃料充分混合，速度大于斜爆震燃烧波的前传速度，一股小孔径的热射流从燃烧室底部喷出，诱导超声速来流形成弓形激波，弓形激波迅速点燃来流可燃气形成斜爆震波5；斜爆震波5的波面处，燃料迅速燃烧变成燃烧产物并且释放大量的热量，斜爆震波5正好作用在扩张喷管的起始位置，爆震波后的高温燃烧产物在喷管发生膨胀，速度增加，使得推进系统产生推力。

本发明所提供的推进系统，在高超声速来流条件下，燃烧室和出口的扩张喷管的型面，即扩张喷管的壁面结合在一起，通过燃烧室壁面的热射流喷口4喷出的热射流，诱导来流形成稳定斜爆震波5，预混气体通过斜爆震波5燃烧，迅速释放热量，膨胀产生推力。

除了上述推进系统以外，本发明还提供了一种包括上述推进系统的超声速爆震发动机，该超声速爆震发动机的其他各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的推进系统进行了详细介绍。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 (9)

1.一种推进系统，其特征在于，包括进气道(A)、燃烧室和与所述燃烧室连接的扩张喷管，所述燃烧室的壁面上设有供热射流喷出后诱发来流形成斜爆震波(5)的热射流喷口(4)；所述斜爆震波(5)作用在所述扩张喷管靠近所述燃烧室的一端，并且沿所述扩张喷管的壁面推进。

2.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述热射流喷口(4)位于所述燃烧室的下壁面，并且喷口方向朝上。

3.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述热射流喷口(4)设置在所述燃烧室靠近所述扩张喷管的一端。

4.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述热射流喷口(4)上连接有热射流输送管道。

5.根据权利要求1所述的增强起爆超声速爆震发动机，其特征在于，还包括与所述热射流喷口(4)连接的控制器，所述控制器用于：

获取所述来流的流速；

根据所述来流的流速计算所述热射流喷口(4)的最佳喷射强度；

调节所述热射流喷口(4)中喷出的热射流强度至所述最佳喷射强度。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的增强起爆超声速爆震发动机，其特征在于，所述燃烧室与所述扩张喷管形成一体化燃烧室扩张喷管(C)。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的增强起爆超声速爆震发动机，其特征在于，所述进气道(A)与所述燃烧室之间通过隔离段(B)连通。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的增强起爆超声速爆震发动机，其特征在于，所述进气道(A)的前端设有前体燃料喷注口(1)，所述前体燃料喷注口(1)用于向所述进气道(A)中喷入燃料以形成预混燃料(2)。

9.一种超声速爆震发动机，包括推进系统，其特征在于，所述推进系统为权利要求1至8任意一项所述的推进系统。