CN108151062B - 一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00009—Using plasma torches for igniting, stabilizing, or improving the combustion process

Abstract

一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，涉及一种发动机超声速燃烧室。本发明是为了解决目前的超声速燃烧室中大量的主流空气无法获得高效利用，且对壁面的热防护带来很大的压力的技术问题。本发明是由燃烧室壁、支板和等离子体点火器组成；所述的燃烧室壁的内壁为圆柱体；等离子体点火器通过支板固定在燃烧室壁的内壁上，且等离子体点火器的中轴线与燃烧室壁的水平中轴线重合，等离子体点火器的表面均匀设置有多个渗油孔；所述的支板内部为中空结构，支板表面均匀设置有多个渗油孔，渗油孔与支板内部的中空区域连通。本发明实现了光壁燃烧室超声速来流条件下煤油燃料的点火，减小了燃烧室壁面热负荷，实现了对主流空气的高效利用。

Description

一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室
技术领域
本发明涉及一种发动机超声速燃烧室。
背景技术
超声速燃烧技术中，来流在燃烧室中以超声速流动，滞留时间只有几毫秒，在如此短的时间内要实现燃料的点火和燃烧都很困难，点火和燃烧的组织方式是超声速燃烧必须面对的问题。
超燃冲压发动机中经常使用的点火和燃烧的组织方式是凹腔或支板-凹腔法，但这种方法会使火焰集中在速度较低的壁面附面层中燃烧，但大量的主流空气无法获得高效利用，且火焰与燃烧室内壁面直接接触，壁面的热流密度大，对壁面的热防护带来很大的压力。
发明内容
本发明是为了解决目前的超声速燃烧室中大量的主流空气无法获得高效利用，且对壁面的热防护带来很大的压力的技术问题，而提供一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室。
本发明的一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室是由燃烧室壁1、支板2和等离子体点火器3组成；
所述的燃烧室壁1的内壁为圆柱体，且燃烧室壁1的内壁展开后为一个平面；
所述的等离子体点火器3为圆锥形，等离子体点火器3通过多个支板2固定在燃烧室壁1的内壁上，且等离子体点火器3的中轴线与燃烧室壁1的水平中轴线重合，多个支板2均匀设置在等离子体点火器3的外壁；等离子体点火器3的表面均匀设置有多个第一渗油孔3-1；
所述的支板2内部为中空结构，支板2的一端连通发动机的供油、供气和供电的线路，另一端连通等离子体点火器3；支板2表面均匀设置有多个第二渗油孔2-1，第二渗油孔2-1与支板2内部的中空区域连通；所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为60°～90°。
本发明的优点是：本发明利用等离子体点火器3喷出的等离子体炬点燃等离子体点火器表面第一渗油孔喷出的少量燃油，形成一级火焰，一级火焰引发空气动力学效应，一级火焰燃烧使燃烧室下游压力升高，形成激波，使燃烧室中气体升压减速，便于一级火焰点燃支板的第二渗油孔喷出的燃油，形成二级火焰，通过能量级联放大机制，实现了光壁燃烧室超声速来流条件下煤油燃料的点火，减小了燃烧室壁面热负荷，实现了对主流空气的高效利用。
附图说明
图1是具体实施方式一中一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1，本实施方式为一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，具体是由燃烧室壁1、支板2和等离子体点火器3组成；
所述的燃烧室壁1的内壁为圆柱体，且燃烧室壁1的内壁展开后为一个平面，不含任何凹腔、后向台阶或凸龛等任何火焰稳定结构；
所述的等离子体点火器3为圆锥形，等离子体点火器3通过多个支板2固定在燃烧室壁1的内壁上，且等离子体点火器3的中轴线与燃烧室壁1的水平中轴线重合，多个支板2均匀设置在等离子体点火器3的外壁；等离子体点火器3的表面均匀设置有多个第一渗油孔3-1；
所述的支板2内部为中空结构，支板2的一端连通发动机的供油、供气和供电的线路，另一端连通等离子体点火器3；支板2表面均匀设置有多个第二渗油孔2-1，第二渗油孔2-1与支板2内部的中空区域连通；所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为60°～90°。
本实施方式提出了一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，在点火时，通过嵌入式的等离子体点火器3喷出高温高活性等离子体炬4，点燃等离子体点火器3的第一渗油孔3-1喷出的少量燃油形成一级火焰5，使燃烧室后发生热堵塞，并形成激波系，在燃烧室后构造出大范围的高压低速区，为主流区的燃料着火提供条件，形成小火焰引燃大火焰的能量级联放大机制；
本实施方式利用等离子体点火器3喷出的等离子体炬4点燃等离子体点火器3表面第一渗油孔3-1喷出的少量燃油，形成一级火焰5，一级火焰5引发空气动力学效应，一级火焰5燃烧使燃烧室下游压力升高，形成激波，使燃烧室中气体升压减速，便于一级火焰5点燃支板2的第二渗油孔2-1喷出的燃油，形成二级火焰6，通过能量级联放大机制，实现了光壁燃烧室超声速来流条件下煤油燃料的点火，减小了燃烧室壁面热负荷，实现了对主流空气的高效利用。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为60°。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为70°。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为80°。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为90°。其它与具体实施方式一相同。
通过以下试验验证本发明的效果：
试验一：本试验为一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，具体是由燃烧室壁1、支板2和等离子体点火器3组成；
所述的燃烧室壁1的内壁为圆柱体，且燃烧室壁1的内壁展开后为一个平面；
所述的等离子体点火器3为圆锥形，等离子体点火器3通过多个支板2固定在燃烧室壁1的内壁上，且等离子体点火器3的中轴线与燃烧室壁1的水平中轴线重合，多个支板2均匀设置在等离子体点火器3的外壁；等离子体点火器3的表面均匀设置有多个第一渗油孔3-1；
所述的支板2内部为中空结构，支板2的一端连通发动机的供油、供气和供电的线路，另一端连通等离子体点火器3；支板2表面均匀设置有多个第二渗油孔2-1，第二渗油孔2-1与支板2内部的中空区域连通；所述的支板2与等离子体点火器3的中轴线的夹角为70°。
等离子体点火器3的启动电压为2000V-5000V，稳定工作电压为80V-300V，工作电流为5A～30A，等离子体点火器3的工作功率为0.5kW～3kW；
等离子体点火器3的工作气体为氧气与氮气的混合气体，且两种气体间混合比例是任意的。

Claims (5)

1.一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，其特征在于基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室是由燃烧室壁(1)、支板(2)和等离子体点火器(3)组成；
所述的燃烧室壁(1)的内壁为圆柱体，且燃烧室壁(1)的内壁展开后为一个平面；
所述的等离子体点火器(3)为圆锥形，等离子体点火器(3)通过多个支板(2)固定在燃烧室壁(1)的内壁上，且等离子体点火器(3)的中轴线与燃烧室壁(1)的水平中轴线重合，多个支板(2)均匀设置在等离子体点火器(3)的外壁；等离子体点火器(3)的表面均匀设置有多个第一渗油孔(3-1)；所述的等离子体点火器(3)的顶角相对于底面位于空气流动方向的上游；
所述的支板(2)内部为中空结构，支板(2)的一端连通发动机的供油、供气和供电的线路，另一端连通等离子体点火器(3)；支板(2)表面均匀设置有多个第二渗油孔(2-1)，第二渗油孔(2-1)与支板(2)内部的中空区域连通；所述的支板(2)与等离子体点火器(3)的中轴线的夹角为60°～90°。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，其特征在于所述的支板(2)与等离子体点火器(3)的中轴线的夹角为60°。
3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，其特征在于所述的支板(2)与等离子体点火器(3)的中轴线的夹角为70°。
4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，其特征在于所述的支板(2)与等离子体点火器(3)的中轴线的夹角为80°。
5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式中心等离子体炬的发动机超声速燃烧室，其特征在于所述的支板(2)与等离子体点火器(3)的中轴线的夹角为90°。
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