CN109441642A - 一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法 - Google Patents

一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109441642A
CN109441642A CN201811527814.5A CN201811527814A CN109441642A CN 109441642 A CN109441642 A CN 109441642A CN 201811527814 A CN201811527814 A CN 201811527814A CN 109441642 A CN109441642 A CN 109441642A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
outlet
fuel tank
entrance
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811527814.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109441642B (zh
Inventor
杜泉
付秀文
李光熙
刘昊
张蒙正
路媛媛
汪广旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Aerospace Propulsion Institute
Original Assignee
Xian Aerospace Propulsion Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Aerospace Propulsion Institute filed Critical Xian Aerospace Propulsion Institute
Priority to CN201811527814.5A priority Critical patent/CN109441642B/zh
Publication of CN109441642A publication Critical patent/CN109441642A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109441642B publication Critical patent/CN109441642B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/10—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof characterised by having ram-action compression, i.e. aero-thermo-dynamic-ducts or ram-jet engines
    • F02K7/18—Composite ram-jet/rocket engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

本发明的高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法，为克服现有发动机燃料裂解过程选择性不强，化学热沉较低的技术问题，本发明的供应系统包括燃料贮箱、电加热装置、输送管路、分配管路、多个喷注器、气瓶、减压阀及控制单元；燃料贮箱设置在高速吸气式发动机的换热通道的换热面处，燃料贮箱内贮存有固体燃料；气瓶的出口通过减压阀与燃料贮箱连接；电加热装置用于对燃料贮箱进行加热；多个喷注器的出口朝向燃烧室内；输送管路的入口与燃料贮箱的出口连接，输送管路的出口与换热通道的入口连接，输送管路上还设置有电磁阀；分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀，主管路的入口与换热通道的出口连接。

Description

一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法
技术领域
本发明属于火箭冲压组合发动机领域，具体的说，涉及一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法。
背景技术
超燃冲压发动机及RBCC发动机等高超声速吸气式发动机工作在高超声速来流条件下，燃烧组织和热防护是其核心关键技术。发动机燃烧室12内气流马赫数较大，燃烧组织困难，需要在有限的燃烧室12长度内实现燃料的高效释热，这就要求进入燃烧室12的燃料要具备点火延迟时间短、火焰传播速度快、自燃点低的特性。此外，高超声速吸气式发动机承受非常严苛的热环境，通常采取燃料主动冷却方案，有限的燃料流量需要冷却较大的防热面积，这就要求燃料具有热沉大，结焦特性优，裂解产物选择性好的特性。
目前，飞行马赫数低于7的超燃冲压发动机和RBCC发动机通常采用液态煤油或吸热型碳氢燃料作为发动机燃料，燃料采用挤压或泵压式系统增压，进入发动机壁面的换热通道，在通道内温度升高并发生裂解反应，换热后的燃料可能是多种碳氢化合物的混合物，喷入燃烧室12组织燃烧。然而，由于煤油和吸热型碳氢燃料的成分复杂，裂解成分包含C1～C10的多种碳氢化合物，裂解(含催化)过程选择性不强，化学热沉较低，烷烃含量高，燃烧特性不及烯烃(如乙烯)燃料。因此，研制一种能够使用总热沉高、能够裂解生成小分子烯烃的燃料的高超声速吸气式发动机燃料供应方法非常必要。
发明内容
为克服现有发动机燃料裂解过程选择性不强，化学热沉较低的技术问题，本发明提供了一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法。
本发明的技术解决方案是：
本发明的高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特殊之处在于：包括燃料贮箱2、电加热装置3、输送管路、分配管路、多个喷注器11、气瓶5、减压阀6及控制单元8；
所述燃料贮箱2设置在高速吸气式发动机的换热通道10的换热面14处，所述燃料贮箱2内贮存有固态高分子直链聚合物；
所述气瓶5的出口通过减压阀6与燃料贮箱2连接；
所述电加热装置3用于对燃料贮箱2进行加热；
所述多个喷注器11的出口朝向燃烧室12内；
所述输送管路的入口与燃料贮箱2的出口连接，所述输送管路的出口与换热通道10的入口连接，所述输送管路上还设置有电磁阀1；
所述分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀7，所述主管路的入口与换热通道10的出口连接，所述主管路的出口与燃料分配阀7的入口连接；
所述燃料分配阀7具有与多个分支管路一一对应的出口；
所述多个分支管路的入口与燃料分配阀7的出口一一对应连接；
所述多个分支管路的出口与多个喷注器11的入口一一对应连接；
所述控制单元8分别与电磁阀1、电加热装置3及燃料分配阀7连接。
进一步地，所述电加热装置3包括电热丝及供电开关6，所述电热丝设置在燃料贮箱2内侧或外侧，所述控制单元8通过供电开关6控制电热丝的加热。
进一步地，所述固态高分子直链聚合物为聚乙烯。
同时，本发明还提供了一种高速吸气式发动机的燃料供应方法，其特殊之处在于,包括以下步骤：
1)以固态高分子直链聚合物为燃料；
2)对燃料进行加热，使其融化；
3)推动融化了的燃料进入发动机壁面的换热通道10；
4)燃料在换热通道10中被加热，进而发生液态换热、汽化、催化裂解及气态换热的过程，在换热通道10出口处形成低分子高温气体；
5)利用喷注器11将低分子高温气体喷入燃烧室12。
进一步地，步骤1)中的固态高分子直链聚合物为聚乙烯。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法，以固态高分子直链聚合物作为燃料，具有燃料密度高、密度比冲高的特点，能够拓展飞行器航程；固态燃料能够长期贮存，裂解选择性强，总热沉大；裂解产物燃烧特性好，能够缩短燃烧室尺寸，降低热防护对燃料流量的需求。
附图说明
图1为应用本发明高速吸气式发动机的燃料供应系统的高超声速吸气式发动机原理示意图。
图2为图1中换热通道处的放大图。
其中附图标记为：1-电磁阀、2-燃料贮箱、3-电加热装置、4-减压器、5-气瓶、6-供电开关、7-燃料分配阀、8-控制单元、9-喷管、10-换热通道、11-喷注器、12-燃烧室、13-喷注器、14-换热面、15-进气系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
图1为应用本发明高速吸气式发动机的燃料供应系统的高超声速吸气式发动机原理示意图，发动机的空气流道包括依次设置的进气系统15、燃烧室12及喷管9，发动机壁面内设置有换热通道10。进气系统15进入的是空气。
如图2所示，本发明的燃料供应系统，包括燃料贮箱2、电加热装置3、输送管路、分配管路、多个喷注器11、气瓶5、减压阀6及控制单元8；燃料贮箱2设置在高速吸气式发动机的换热通道10的换热面14处，燃料贮箱2内贮存有固体燃料；气瓶5的出口通过减压阀6与燃料贮箱2连接；电加热装置3用于对燃料贮箱2进行加热；喷注器11及喷注器13的出口朝向燃烧室12内；输送管路的入口与燃料贮箱2的出口连接，输送管路的出口与换热通道10的入口连接，输送管路上还设置有电磁阀1；分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀7，主管路的入口与换热通道10的出口连接，主管路的出口与燃料分配阀7的入口连接；燃料分配阀7具有与多个分支管路一一对应的出口；多个分支管路的入口与燃料分配阀7的出口一一对应连接；多个分支管路的出口与多个喷注器11的入口一一对应连接；控制单元8分别与电磁阀1、电加热装置3及燃料分配阀7连接。电加热装置3包括电热丝及供电开关6，电热丝设置在燃料贮箱2内侧或外侧，控制单元8通过供电开关6控制电热丝的加热。
本发明的高速吸气式发动机的燃料供应方法，发动机采用以聚乙烯为代表的固态高分子直链聚合物为燃料，将固态高分子聚合物加热后浇注到燃料贮箱2内，此后使之冷却固化；发动机工作前，通过电加热使固态燃料熔化；贮箱内气体经气瓶5挤压或燃料蒸发等形成的压力推动熔融状态的燃料进入发动机壁面的换热通道10，燃料在换热通道10内经历液态换热、汽化、催化裂解，气态换热等过程，在换热通道10出口形成以烯烃(如乙烯)为主要成分的高温气体，高温气体通过喷注器11及喷注器13进入燃烧室12与空气燃烧；当发动机壁面温度升高后，可通过换热加热燃料，同时以电加热作为辅助加热方式。
本发明的原理：以聚乙烯为例，聚乙烯通过加热熔化具有流动性，能够作为发动机冷却剂；聚乙烯的高温裂解或催化裂解温度在300～400℃之间，低于发动机壁面温度，具有裂解可行性；聚乙烯裂解过程具有很好的选择性，主要以乙烯为裂解产物，换热及裂解过程总热沉高于吸热型碳氢燃料；裂解产物以乙烯为主，点火延迟时间短，自燃点低，火焰传播速度快，燃烧效率高，进一步缩短了燃烧室12的长度。

Claims (5)

1.一种高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特征在于：包括燃料贮箱(2)、电加热装置(3)、输送管路、分配管路、多个喷注器(11)、气瓶(5)、减压阀(6)及控制单元(8)；
所述燃料贮箱(2)设置在高速吸气式发动机的换热通道(10)的换热面(14)处，所述燃料贮箱(2)内贮存有固态高分子直链聚合物；
所述气瓶(5)的出口通过减压阀(6)与燃料贮箱(2)连接；
所述电加热装置(3)用于对燃料贮箱(2)进行加热；
所述多个喷注器(11)的出口朝向燃烧室(12)内；
所述输送管路的入口与燃料贮箱(2)的出口连接，所述输送管路的出口与换热通道(10)的入口连接，所述输送管路上还设置有电磁阀(1)；
所述分配管路包括主管路、多个分支管路及燃料分配阀(7)，所述主管路的入口与换热通道(10)的出口连接，所述主管路的出口与燃料分配阀(7)的入口连接；
所述燃料分配阀(7)具有与多个分支管路一一对应的出口；
所述多个分支管路的入口与燃料分配阀(7)的出口一一对应连接；
所述多个分支管路的出口与多个喷注器(11)的入口一一对应连接；
所述控制单元(8)分别与电磁阀(1)、电加热装置(3)及燃料分配阀(7)连接。
2.根据权利要求1所述的高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特征在于：
所述电加热装置(3)包括电热丝及供电开关(6)，所述电热丝设置在燃料贮箱(2)内侧或外侧，所述控制单元(8)通过供电开关(6)控制电热丝的加热。
3.根据权利要求1或2所述的高速吸气式发动机的燃料供应系统，其特征在于：
所述固态高分子直链聚合物为聚乙烯。
4.一种高速吸气式发动机的燃料供应方法，其特征在于,包括以下步骤：
1)以固态高分子直链聚合物为燃料；
2)对燃料进行加热，使其融化；
3)推动融化了的燃料进入发动机壁面的换热通道(10)；
4)燃料在换热通道(10)中被加热，进而发生液态换热、汽化、催化裂解及气态换热的过程，在换热通道(10)出口处形成低分子高温气体；
5)利用喷注器(11)将低分子高温气体喷入燃烧室(12)。
5.根据权利要求4所述的高速吸气式发动机的燃料供应方法，其特征在于:
步骤1)中的固态高分子直链聚合物为聚乙烯。
CN201811527814.5A 2018-12-13 2018-12-13 一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法 Active CN109441642B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811527814.5A CN109441642B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811527814.5A CN109441642B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109441642A true CN109441642A (zh) 2019-03-08
CN109441642B CN109441642B (zh) 2019-11-29

Family

ID=65558239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811527814.5A Active CN109441642B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109441642B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111664023A (zh) * 2020-07-03 2020-09-15 中国空气动力研究与发展中心 一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置
CN112177797A (zh) * 2020-09-16 2021-01-05 西北工业大学 一种无喷管固体火箭发动机
CN113137634A (zh) * 2021-06-02 2021-07-20 厦门大学 一种变结构双模态冲压燃烧室
CN113803190A (zh) * 2021-09-26 2021-12-17 宁波天擎航天科技有限公司 一种固态燃料冲压发动机
CN113864061A (zh) * 2021-09-03 2021-12-31 清华大学 一种固体冲压发动机壁面冷却系统和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103696883A (zh) * 2013-12-18 2014-04-02 中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所 一种基于过氧化氢的rbcc发动机泵压/挤压一体化燃油系统
CN104755736A (zh) * 2012-09-13 2015-07-01 空中客车防务及航天有限公司 利用以分割的固体形式存在的燃料的无氧混合推进装置
CN106321284A (zh) * 2016-08-19 2017-01-11 西北工业大学 一种火箭基组合循环发动机推进剂一体化供应系统
US20180118634A1 (en) * 2016-09-09 2018-05-03 Terves Inc. High Density Hybrid Rocket Motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104755736A (zh) * 2012-09-13 2015-07-01 空中客车防务及航天有限公司 利用以分割的固体形式存在的燃料的无氧混合推进装置
CN103696883A (zh) * 2013-12-18 2014-04-02 中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所 一种基于过氧化氢的rbcc发动机泵压/挤压一体化燃油系统
CN106321284A (zh) * 2016-08-19 2017-01-11 西北工业大学 一种火箭基组合循环发动机推进剂一体化供应系统
US20180118634A1 (en) * 2016-09-09 2018-05-03 Terves Inc. High Density Hybrid Rocket Motor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111664023A (zh) * 2020-07-03 2020-09-15 中国空气动力研究与发展中心 一种超燃冲压发动机的燃料掺混装置
CN112177797A (zh) * 2020-09-16 2021-01-05 西北工业大学 一种无喷管固体火箭发动机
CN112177797B (zh) * 2020-09-16 2021-11-05 西北工业大学 一种无喷管固体火箭发动机
CN113137634A (zh) * 2021-06-02 2021-07-20 厦门大学 一种变结构双模态冲压燃烧室
CN113864061A (zh) * 2021-09-03 2021-12-31 清华大学 一种固体冲压发动机壁面冷却系统和方法
CN113864061B (zh) * 2021-09-03 2023-07-25 清华大学 一种固体冲压发动机壁面冷却系统和方法
CN113803190A (zh) * 2021-09-26 2021-12-17 宁波天擎航天科技有限公司 一种固态燃料冲压发动机
CN113803190B (zh) * 2021-09-26 2022-08-26 宁波天擎航天科技有限公司 一种固态燃料冲压发动机

Also Published As

Publication number Publication date
CN109441642B (zh) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109441642B (zh) 一种高速吸气式发动机的燃料供应系统及供应方法
CN102292151A (zh) 生产烯烃的绝热反应器
US10384180B2 (en) Supersonic shock wave reactors, and associated systems and methods
CN106520176B (zh) 一种用聚烯烃塑料制取小分子烯烃的方法
CN106433724A (zh) 一种连续型废塑料循环裂解系统及方法
CN104033293A (zh) 一种甲醇及甲醇裂解氢全代燃动力装置
WO2006075493A1 (ja) 沸騰冷却方法、沸騰冷却装置および流路構造体並びにその応用
CN102556965B (zh) 一种液态碳氢燃料催化重整冷却高温部件的方法
CN104562895A (zh) 沥青的移送方法
KR101168131B1 (ko) 배기가스의 열원을 이용한 차량 기화기의 히팅 시스템
CN104781102A (zh) 燃料电池系统和用于运行燃料电池系统的方法
CN201794685U (zh) 一种燃油加热装置
CN215109182U (zh) 一种基于蒸汽重整的复合通道再生冷却主动热防护结构
CN114412644A (zh) 基于液态金属回路的碳氢燃料发动机冷却方法及系统
CN211383860U (zh) 一种l-乳酸脱水寡聚制备丙交酯的装置
CN106123336A (zh) 一种出口温度恒定的蓄热式纯净空气加热系统
CN214861276U (zh) 一种芳构化加氢反应后分馏装置
CN103274891B (zh) 一种改进的芳烃生产装置及其工艺流程
CN102908953B (zh) 催化热裂解（cpp）原料油的预热进料方法
CN106083512B (zh) 一种由甲苯和重芳烃制备苯和二甲苯的装置和方法
CN105586067B (zh) 氢氧燃烧法直接加热裂解石油烃的装置及方法
CN203668266U (zh) 一种乙烯基甲苯生产中的脱氢系统
CN215555978U (zh) 一种1,3-丙二醇产品储罐
CN218108890U (zh) 一种挤压机分段式加热管
CN214741745U (zh) 一种汽车油箱加热提油器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant