CN108895483B - 一种火焰稳定装置、燃烧装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火焰稳定装置、燃烧装置及试验方法，火焰稳定装置包括基座、滑动板和平移传动杆；所述基座上具有凹陷的空腔；所述滑动板设置在所述空腔内，并可在所述空腔内沿空腔的轴向移动；所述平移传动杆固定安装在所述滑动板的底面上。本发明具有结构简单，可实现凹陷空腔深度的连续可调，往复可调，满足多样化的试验需求，效率更高的优点。

Description

一种火焰稳定装置、燃烧装置及试验方法

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机火焰稳定及其试验技术领域，尤其涉及一种火焰稳定装置、燃烧装置及试验方法。

背景技术

超声速燃烧来流速度快，燃料在燃烧室内的滞留时间只有毫秒级，要在如此短的时间内完成燃料与来流的混合、点火、形成扩散火焰并传播至整个燃烧室，实现稳定、高效的燃烧流场，难度很大。超燃冲压发动机燃烧室内流速达到500m/s以上，而且随当量比变化而变化，这对火焰稳定器的稳焰范围和工作稳定性提出了更高的要求。如何设计高燃烧效率、宽稳焰边界、低阻低损失的火焰稳定器成为超燃燃烧流动研究与燃烧室设计的重要内容之一。

凹腔火焰稳定器是一种常用的超声速燃烧火焰稳定技术，结构上它由后向台阶和前向台阶组成。气流流过凹腔，会在凹腔内形成一个回流区，其基本充满整个凹腔，所以回流区较大，这无疑增加了火焰稳定能力；凹腔分离流的再附着点基本上位于后缘拐点附近，形成的激波强度较弱，减小了总压损失。多项试验表明凹腔是一种有效的超声速燃烧火焰稳定器，目前被普遍采用。

气流流过凹腔时，在凹腔前缘处分离，在凹腔内出现回流，凹腔内低速回流与高速主气流形成剪切层。按剪切层发展模态将超声速凹腔流动分为开式、闭式和过渡三种类型。开式凹腔是指：在前缘形成的剪切层横跨整个凹腔，再附着于凹腔后壁，在分离和再附着点有弱激波，出现高强度的声波。闭式凹腔是指：剪切层无法横跨整个凹腔，再附着于凹腔底部，形成两个大的回流区，无声波出现。过渡型则处于中间状态。虽然凹腔流动类型与凹腔结构尺寸、主流马赫数和来流附面层厚度等多个参数相关，但目前普遍认为凹腔的长深比L/D是决定凹腔流动类型的主要因素，并定义L/D<10为开式凹腔、L/D>13为闭式凹腔、L/D＝10～13为过渡型凹腔。

现有技术采用的都是固定凹腔结构的方法，其关键参数L/D的数值大小不能在一次热试车过程中根据具体的气流条件进行调节。凹腔的L/D大小对火焰稳定能力、点火性能、流动振动特性、阻力特性等具有重要的影响，并且随气流参数条件的变化而发生改变。目前关于凹腔L/D数值对燃烧性能的影响研究中多采用随机选取离散点的办法，所选取的典型固定离散值局限在3、5、7、9等参数附近，且无法调节。凹腔火焰稳定器在试验过程中无法根据点火前后、转工况前后气流条件的改变而调节，使得非设计工况下火焰稳定性能降低，或阻力提高，无法发挥凹腔火焰稳定装置的最优的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单，可实现凹陷空腔深度的连续可调，往复可调，满足多样化的试验需求，效率更高的火焰稳定装置、燃烧装置及试验方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种火焰稳定装置，包括基座、滑动板和平移传动杆；所述基座上具有凹陷的空腔；所述滑动板设置在所述空腔内，并可在所述空腔内沿空腔的轴向移动；所述平移传动杆固定安装在所述滑动板的底面上。

进一步地，所述滑动板上还设置有导气通孔，所述滑动板的底面上设置有与所述导气通孔连接的导气管接口。

进一步地，还包括多孔介质防热板，所述多孔介质防热板覆盖在所述滑动板的顶面。

进一步地，所述多孔介质防热板与所述滑动板之间具有空气隔腔。

进一步地，所述空腔的底部还具有底板，所述底板上设置传动孔和导气管孔；所述平移传动杆穿过所述传动孔，所述导气管接口穿过所述导气管孔。

进一步地，还包括定位杆，所述定位杆穿过所述底板上的定位孔与所述滑动板的底面固定连接。

进一步地，所述定位杆的端部设置有止推座。

进一步地，所述底板与所述基座为一体结构；或者：所述底板为固定安装在所述基座上的面板。

进一步地，所述空腔的侧面设置有沿空腔轴向布置的第一定位体；所述滑动板上设置有与所述第一定位体配合的第二定位体。

进一步地，所述空腔的下部设置有限位块。

进一步地，还包括限位杆，所述限位杆固定安装在所述滑动板的底面。

进一步地，所述平移传动杆为蜗杆。

一种燃烧装置，包括燃烧室和如上任一项所述的火焰稳定装置；所述火焰稳定装置固定安装在所述燃烧室的侧壁上。

进一步地，所述燃烧室的侧壁上设置有凹陷的安装腔，所述火焰稳定装置安装在所述安装腔内；或者：所述燃烧室的侧壁上设置有开口，所述火焰稳定装置安装在所述开口处。

进一步地，所述火焰稳定装置的顶面与所述燃烧室的内壁平齐。

一种燃烧装置试验方法，在一次点火试验中，调节火焰稳定装置的滑动板在不同的位置，并检测获取所述滑动板在不同位置时的试验参数。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的基座上设置有凹陷的空腔，空腔内设置滑动板，通过滑动板的滑动可实现空腔的长深比连接可调，可适应更为广泛的使用需求，性能更好，并且结构简单，成本低。

2、本发明的滑动板上设置有导气通孔，滑动板的上表面覆盖有多孔介质防热板，并且滑动板与多孔介质防热板之间设置有空气隔腔，在点火过程中可以向凹陷的空腔内注入冷空气，从而能够保证火焰稳定装置能够满足任务的热防护要求，能够保证可进行长时间的工作而不会损坏。

附图说明

图1为本发明具体实施例一的局部剖视结构示意图。

图2为本发明具体实施例一剖面结构示意图一。

图3为本发明具体实施例一剖面结构示意图二。

图4为本发明具体实施例二的局部剖视结构示意图。

图5为本发明具体实施例二的局部剖视结构爆炸图。

图6为本发明具体实施例燃烧装置结构示意图。

图例说明：1、基座；2、滑动板；3、平移传动杆；4、导气通孔；5、导气管接口；6、多孔介质防热板；7、空气隔腔；8、底板；9、定位杆；10、第一定位体；11、第二定位体；12、限位块；13、限位杆；14、燃烧室；15、安装腔。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示，本实施例的火焰稳定装置，包括基座、滑动板和平移传动杆；基座上具有凹陷的空腔；滑动板设置在空腔内，并可在空腔内沿空腔的轴向移动；平移传动杆固定安装在滑动板的底面上。在本实施例中，平移传动杆为蜗杆。可以在驱动电机等驱动器的驱动下推动滑动板在空腔内沿空腔的轴向平移滑动。需要说明的是，图1是将火焰稳定装置剖去一个角后的部分剖视图。如图2中所示，L表示空腔的长度，D表示空腔的深度。通过滑动板在空腔内的上下滑动，即可连续的对空腔的深度进行调节，从而即可以连续的调整火焰稳定装置的长深比，满足超燃冲压发动机火焰稳定调节的需求。在本实施例中，空腔的长度大于1毫米。

在本实施例中，由于本发明的火焰稳定装置可以连续的调整空腔的长深比，因此，在超燃冲压发动机试验时，在一次点火中就可以对不同长深比的状态进行试验，中间不需要停车。但这也导致了一次试验过程中火焰的燃烧时间长，对燃烧稳定装置的受热性能具有更高的要求。为了解决该问题，在本实施例中，滑动板上还设置有导气通孔，滑动板的底面上设置有与导气通孔连接的导气管接口。还包括多孔介质防热板，多孔介质防热板覆盖在滑动板的顶面。多孔介质防热板与滑动板之间具有空气隔腔。通过导气管接口经导气通孔，可以向空腔内注入冷却空气，对火焰稳定装置进行冷却。同时，多孔介质防热板具有良好的耐热性能，并且其多孔结构，可以使得由导气通过注入的冷却空气从多孔介质防热板上的小孔中通过，从而可以带走大量的热能，给多孔介质防热板提供进一步的防热保护。在滑动板与多孔介质防热板之间设置有空气隔腔，由导气通孔注入的冷却空气先进入该空气隔腔，可以使得冷却空气较为均匀的通过多孔介质防热板，而不是集中在导气通孔处通过多孔介质防热板，从而具有更好的防热性能。

在本实施例中，如图2和图3所示，空腔的底部还具有底板，底板上设置传动孔和导气管孔；平移传动杆穿过传动孔，导气管接口穿过导气管孔。还包括定位杆，定位杆穿过底板上的定位孔与滑动板的底面固定连接。进一步地，定位杆的端部设置有止推座。通过底板，可以防止滑动板从空腔的底部直接滑出。

在本实施例中，平移传动杆的轴向与滑动板的滑动方向一致，导气管接口的轴向与滑动板的滑动方向一致，平移传动杆穿过底板上的传动孔，导气管接口穿过底板上的导气管孔，因此，平移传动杆和导气管接口也具有定位的作用，以保证滑动板在空腔内稳定的进行平移滑动，而不会发生翻转。进一步地，为了更好的保证滑动板在空腔内平移滑动的平稳性，本实施例中，还设置有多个定位杆，定位杆一端固定在滑动板上，定位杆的轴向与滑动板的滑动方向一致，定位杆穿过底板上与定位杆的位置对应设置的定位孔。进一步地，在定位杆的端部还设置有止推座，通过止推座可以限制滑动板向空腔开口处滑动的距离，防止滑动板从空腔的开口处滑出。当然，需要说明的是，也可以在导气管接口处设置止推座，使得导气管接口同时兼具胡止推限位的功能。

在本实施例中，底板与基座为一体结构，如图3所示；或者：底板为固定安装在基座上的面板，如图1和图2中所示，底板通过螺栓等固定件固定安装在基座上。底板与基座采用一体结构，加工难度相对稍大，但结构强度更好；采用分体结构，加工难度相对会更容易，也相对便于安装、调试。

本实施例的燃烧装置，包括燃烧室和如上任一项的火焰稳定装置；火焰稳定装置固定安装在燃烧室的侧壁上。在本实施例中，火焰稳定装置可以不同的方式安装在燃烧室的侧壁上，如燃烧室的侧壁上设置有凹陷的安装腔，火焰稳定装置安装在安装腔内，如图6所示；或者：燃烧室的侧壁上设置有开口，火焰稳定装置安装在开口处。

在本实施例中，火焰稳定装置的顶面与燃烧室的内壁平齐。具体地，是指火焰稳定装置的基座的顶面与燃烧室的内壁平齐，可以使得超声速气流可以不受阻碍的在燃烧室内流过火焰稳定装置的凹陷的空腔处，并在空腔内产生回流。

本实施例的燃烧装置试验方法，在一次点火试验中，调节火焰稳定装置的滑动板在不同的位置，并检测获取滑动板在不同位置时的试验参数。在现有技术中，由于凹陷空腔的长深比不可调，因此，针对不同长深比的试验需要分多次进行，进行试验的燃烧室需要多次点火。通过采用本申请中的燃烧装置，可以在一次点火中，根据试验目的将火焰稳定装置的滑动板调节到所需要的位置，分别进行检测获取所需要的试验参数，在一次点火中就可以完成所需要的试验任务，从而大大地提高了试验的效率，加快的试验的速度。同时，由于火焰稳定装置的滑动板的位置可以连接调节，能够获得的试验数据也更加丰富。

实施例二：

本实施例的火焰稳定装置与实施例一基本相同，不同之处在于没有设置底板及定位杆，但增加了限位块、第一定位体，与第一定位体配合的第二定位体及限位杆等技术特征。

具体地，如图4和图5所示，本实施例的火焰稳定装置，包括基座、滑动板和平移传动杆；基座上具有凹陷的空腔；滑动板设置在空腔内，并可在空腔内沿空腔的轴向移动；平移传动杆固定安装在滑动板的底面上。在本实施例中，平移传动杆为蜗杆。可以在驱动电机等驱动器的驱动下推动滑动板在空腔内沿空腔的轴向平移滑动。

在本实施例中，滑动板上还设置有导气通孔，滑动板的底面上设置有与导气通孔连接的导气管接口。还包括多孔介质防热板，多孔介质防热板覆盖在滑动板的顶面。多孔介质防热板与滑动板之间具有空气隔腔。通过导气管接口经导气通孔，可以向空腔内注入冷却空气，对火焰稳定装置进行冷却。同时，多孔介质防热板具有良好的耐热性能，并且其多孔结构，可以使得由导气通过注入的冷却空气从多孔介质防热板上的小孔中通过，从而可以带走大量的热能，给多孔介质防热板提供进一步的防热保护。在滑动板与多孔介质防热板之间设置有空气隔腔，由导气通孔注入的冷却空气先进入该空气隔腔，可以使得冷却空气较为均匀的通过多孔介质防热板，而不是集中在导气通孔处通过多孔介质防热板，从而具有更好的防热性能。图4中，多孔介质防热板及空气隔腔省略，可以参考图1、图2及图3中的描述。

在本实施例中，如图4所示，空腔的侧面设置有沿空腔轴向布置的第一定位体；滑动板上设置有与第一定位体配合的第二定位体。第一定位体为侧壁上的凹槽或凸块，呈长条状，并沿滑动板的滑动方向布置，即沿空腔的轴向布置。第二定位体位于滑动板上，与第一定位体相对配合，即当第一定位体为凹槽时，第二定位体为与该凹槽对应的凸块；当第一定位体为凸块时，第二定位体为与该凸块对应的凹槽。

在本实施例中，进一步地，优选第一定位体为多个，分别设置在空腔的四个侧面上；更进一步地，优选空腔的每个侧面各有至少两个第一定位体。第二定位体与第一定位体配合而设置。

在本实施例中，在空腔的下部设置有限位块。通过限位块可以防止滑动板从空腔的底部滑出。如图4中，限位块为紧邻第一定位体的凹槽位置的小凸起，该小凸起与空腔的侧面平齐，当然，也可以在空腔的其它位置设置凸块来作为限位块。

在本实施例中，为了防止滑动板从空腔上开口出滑出。设置有限位杆，限位杆固定安装在滑动板的底面。限位杆的一端固定在滑动板的底面，另一端有凸起，限位杆的长度为滑动板在空腔内滑动的长度，当滑动板向空腔的开口出滑动达到限位杆的长度时，限位杆端部的凸起受到基座的阻挡，从而对滑动板的滑动距离进行限制。

本实施例的燃烧装置与实施例一基本相同，不同之处在于采用了本实施例的火焰稳定装置。

本实施例的燃烧装置试验方法与实施例一相同。在一次点火试验中，调节火焰稳定装置的滑动板在不同的位置，并检测获取滑动板在不同位置时的试验参数。在现有技术中，由于凹陷空腔的长深比不可调，因此，针对不同长深比的试验需要分多次进行，进行试验的燃烧室需要多次点火。通过采用本申请中的燃烧装置，可以在一次点火中，根据试验目的将火焰稳定装置的滑动板调节到所需要的位置，分别进行检测获取所需要的试验参数，在一次点火中就可以完成所需要的试验任务，从而大大地提高了试验的效率，加快的试验的速度。同时，由于火焰稳定装置的滑动板的位置可以连接调节，能够获得的试验数据也更加丰富。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (15)

1.一种火焰稳定装置，其特征在于：包括基座、滑动板和平移传动杆；所述基座上具有凹陷的空腔；所述滑动板设置在所述空腔内，并可在所述空腔内沿空腔的轴向移动；所述平移传动杆固定安装在所述滑动板的底面上；所述空腔的长度大于1毫米；

所述滑动板上还设置有导气通孔，所述滑动板的底面上设置有与所述导气通孔连接的导气管接口。

2.根据权利要求1所述的火焰稳定装置，其特征在于：还包括多孔介质防热板，所述多孔介质防热板覆盖在所述滑动板的顶面。

3.根据权利要求2所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述多孔介质防热板与所述滑动板之间具有空气隔腔。

4.根据权利要求1至3任一项所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述空腔的底部还具有底板，所述底板上设置传动孔和导气管孔；所述平移传动杆穿过所述传动孔，所述导气管接口穿过所述导气管孔。

5.根据权利要求4所述的火焰稳定装置，其特征在于：还包括定位杆，所述定位杆穿过所述底板上的定位孔与所述滑动板的底面固定连接。

6.根据权利要求5所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述定位杆的端部设置有止推座。

7.根据权利要求6所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述底板与所述基座为一体结构；或者：所述底板为固定安装在所述基座上的面板。

8.根据权利要求1至3任一项所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述空腔的侧面设置有沿空腔轴向布置的第一定位体；所述滑动板上设置有与所述第一定位体配合的第二定位体。

9.根据权利要求8所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述空腔的下部设置有限位块。

10.根据权利要求9所述的火焰稳定装置，其特征在于：还包括限位杆，所述限位杆固定安装在所述滑动板的底面。

11.根据权利要求1至3任一项所述的火焰稳定装置，其特征在于：所述平移传动杆为蜗杆。

12.一种燃烧装置，其特征在于：包括燃烧室和如权利要求1至11任一项所述的火焰稳定装置；所述火焰稳定装置固定安装在所述燃烧室的侧壁上。

13.根据权利要求12所述的燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室的侧壁上设置有凹陷的安装腔，所述火焰稳定装置安装在所述安装腔内；或者：所述燃烧室的侧壁上设置有开口，所述火焰稳定装置安装在所述开口处。

14.根据权利要求12或13任一项所述的燃烧装置，其特征在于：所述火焰稳定装置的顶面与所述燃烧室的内壁平齐。

15.一种基于权利要求12至14任一项所述燃烧装置的试验方法，其特征在于：在一次点火试验中，调节火焰稳定装置的滑动板在不同的位置，并检测获取所述滑动板在不同位置时的试验参数。