CN109631084B - 冲压发动机燃烧室稳定器及稳焰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冲压发动机燃烧室，提供了一种冲压发动机燃烧室稳定器及稳焰方法，解决现有机械火焰稳定器气动损失大、稳焰范围窄，导致工作可靠性低，无法满足高马赫数下高效稳焰要求的问题。其中冲压发动机燃烧室稳定器包括后掠圆弧型支板，后掠圆弧型支板包括一个底面、两个端面及两个侧型面；所述后掠圆弧型支板的横截面为类三角形；两个侧型面的前部相连，两个侧型面分别向内凹形成圆弧侧型面。

Description

冲压发动机燃烧室稳定器及稳焰方法
技术领域
本发明涉及一种冲压发动机燃烧室，特别是涉及一种冲压发动机燃烧室稳定器及稳焰方法。
背景技术
冲压发动机的燃烧室在高速来流条件下，为了保证冲压发动机燃烧室内的火焰稳定燃烧，需要在燃烧室内建立一个局部低速回流区，创造火焰传播速度等于来流速度、燃料驻留时间大于点火延迟时间等条件，维持整个燃烧室火焰的持续存在和传播。
现有一种亚燃冲压发动机的工作范围非常宽（Ma2~Ma5），远超过目前较为成熟型号亚燃冲压发动机工作范围，其宽范围高效稳焰问题比较突出。
目前冲压发动机中常用的机械稳焰结构（如蒸发式稳定器）虽然能够满足较低马赫数（如Ma4）以下的高效稳焰要求，但其阻塞比较大，在更高马赫数（如Ma4~Ma5）情况下，将会产生较大的气动损失，降低发动机性能，无法满足高马赫数下高效稳焰要求。
发明内容
为了解决现有机械火焰稳定器气动损失大、稳焰范围窄，导致工作可靠性低，无法满足高马赫数下高效稳焰要求的问题，本发明提供了一种冲压发动机燃烧室稳定器及稳焰方法，后掠圆弧支板高速流阻损失小、射流可控以及射流强化掺混效果，可以满足宽范围的高效稳焰要求。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种冲压发动机燃烧室稳定器，其特殊之处在于：包括后掠圆弧型支板，所述后掠圆弧型支板包括一个底面、两个端面及两个侧型面；所述后掠圆弧型支板的横截面为类三角形；所述两个侧型面的前部相连，两个侧型面分别向内凹形成圆弧侧型面。
进一步地，所述后掠圆弧型支板后部的一个端面上设有延伸到另一个端面的盲孔，所述盲孔用于与外置燃油连通；所述侧型面上设有与盲孔相连通的喷油孔。
进一步地，所述两个侧型面相交处为圆弧过渡。
本发明提供了一种基于上述冲压发动机燃烧室稳定器的稳焰方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在发动机头部，且燃烧室前侧设置后掠圆弧型支板，在后掠圆弧型支板的前侧引入来流，所述来流为气体和燃油混合雾化后的气体；
步骤二、使来流经过后掠圆弧型支板的两个侧型面，
在后掠圆弧型支板后侧形成后方回流区，所述后掠圆弧型支板使来流具有足够大的偏转角；
步骤三、在后方回流区引入副射流，所述副射流的入射方向与来流方向相交。
进一步地，步骤三中，所述副射流为高焓富燃射流，其横截面为圆形。
进一步地，步骤三中，在后方回流区的中心位置喷入副射流，所述副射流的入射方向与来流方向垂直。
同时，本发明还提供另一种基于上述冲压发动机燃烧室稳定器的稳焰方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在发动机头部，且燃烧室前侧设置后掠圆弧型支板，在后掠圆弧型支板的前侧引入来流，所述来流为气体、或气体和燃油混合雾化后的气体；和喷油孔中喷出的燃油混合，并雾化燃油，
步骤二、外置燃油给后掠圆弧型支板的盲孔中通入燃油，并从喷油孔中喷出，与来流混合雾化，
经过后掠圆弧型支板的两个侧型面，在后掠圆弧型支板后侧形成后方回流区，所述后掠圆弧型支板使来流具有足够大的偏转角；
步骤三、在后方回流区引入副射流，所述副射流的入射方向与来流方向相交。
进一步地，步骤三中，所述副射流为高焓富燃射流，其横截面为圆形。
进一步地，步骤三中，在后方回流区的中心位置喷入副射流，所述副射流的入射方向与来流方向垂直。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）本发明的后掠圆弧型支板由于侧型面的后部圆弧的存在，可以利用较小的阻塞比产生较大的回流区，有利于在高速气流中利用较小的气动损失保障较大的稳焰效果；
（2）本发明后掠圆弧型支板的后部的一个端面上设有与外置燃油连通的盲孔，侧型面上设有与盲孔相连通的喷油孔，来流对喷油孔喷射的燃油进行雾化，提高了来流的雾化效果。
（3）本发明的稳焰方法在后掠圆弧支板后侧的后方回流区引入副射流，可采用高焓富燃射流，可以强化燃料与空气的涡掺混，均布浓度场，提高稳焰效果，同时具备点火功能；
（4）采用后掠圆弧支板与引入副射流结合的稳焰方法，充分结合了后掠圆弧支板高速流阻损失小、射流可控以及副射流强化掺混混合效果，强化掺混混合，可以满足宽范围的高效稳焰要求。
（5）在后掠圆弧支板方回流区的中间位置喷入副射流，有利于增加射流穿透深度和掺混效果。
附图说明
图1为本发明后掠圆弧型支板的结构示意图；
图2为本发明后掠圆弧型支板的横截面示意图；
图3为来流经过本发明后掠圆弧型支板和副射流涡强化掺混流场示意图；
图4为图3涡强化掺混流中心放大示意图；
图5为本发明后掠圆弧型支板的后方回流区示意图；
图6为本发明后方回流区形成射流马蹄形涡结构的示意图。
其中，附图标记如下：
1-后掠圆弧型支板，11-底面，12-侧型面，13-盲孔，14-喷油孔，15-端面，2-副射流。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种冲压发动机燃烧室稳定器，其特征在于：包括后掠圆弧型支板1，所述后掠圆弧型支板1包括一个底面11、两个端面15及两个侧型面12；所述后掠圆弧型支板1的横截面为类三角形；所述两个侧型面12的前部相连，两个侧型面12分别向内凹形成圆弧侧型面，由于侧型面12后部圆弧的存在，对来流有足够大的偏转角，可以利用较小的阻塞比产生较大的回流区，有利于燃油的掺混均匀、稳焰、高效燃烧。两个侧型面12相交处为圆滑过渡。
后掠圆弧型支板1后部的一个端面上设有延伸到另一个端面的盲孔13，盲孔13与外置燃油连通，侧型面12上设有与盲孔13相连通的喷油孔14，在来流为气体时，外置燃油通入后掠圆弧型支板1的盲孔13内，由于喷油孔14与盲孔13相通，两个侧型面12上并排均布多个喷油孔14，使得来流与燃油掺混将会更均匀，燃烧、稳焰效果将会更好。由于前缘部分热流密度最大，前缘部分使用再生冷却技术。
本发明同时提供了一种基于后掠圆弧型支板1的稳焰方法，来流为气体和燃油雾化的气体时，包括以下步骤：
步骤一、在发动机头部，且燃烧室前侧设置后掠圆弧型支板1，在后掠圆弧型支板1的前侧引入来流，所述来流为气体和燃油混合雾化后的气体；
步骤二、使来流经过后掠圆弧型支板1的两个侧型面12，
在后掠圆弧型支板1后侧形成后方回流区，所述后掠圆弧型支板1使来流具有足够大的偏转角；
步骤三、在后方回流区引入副射流2，所述副射流的入射方向与来流方向相交，副射流 2为高焓富燃射流，其横截面为圆形，副射流 2的入射方向与来流方向垂直。
本发明同时也提供了一种基于后掠圆弧型支板1的稳焰方法，来流为气体、或者为气体和燃油雾化的气体时，包括以下步骤：
步骤一、在发动机头部，且燃烧室前侧设置后掠圆弧型支板1，在后掠圆弧型支板1的前侧引入来流，所述来流为气体、或气体和燃油混合雾化后的气体；和喷油孔14中喷出的燃油撞击混合后，
步骤二、外置燃油给后掠圆弧型支板1的盲孔13中通入燃油，并从喷油孔14中喷出，与来流撞击混合后，
经过后掠圆弧型支板1的两个侧型面12，在后掠圆弧型支板1后侧形成后方回流区，所述后掠圆弧型支板1使来流具有足够大的偏转角；
步骤三、在后方回流区引入副射流 2，所述副射流 2的入射方向与来流方向相交，副射流 2为高焓富燃射流，其横截面为圆形，副射流 2的入射方向与来流方向垂直。
稳焰方法中，在后方回流区引入副射流 2，后掠圆弧型支板1后侧的气流被副射流2横穿后，副射流 2速度较大，后掠圆弧型支板1后侧的气流（主气流）将会被穿透、减速、滞止，最后绕过副射流 2流动，在主气流后方形成一对以相反方向旋转的旋涡，使得横截面由圆形（副射流 2为圆形射流）变成马蹄形，这样产生的总体效果是相当于在后掠圆弧型支板1后侧的气流（主气流）区设置一个障碍物（钝体），于是在它的尾迹处形成一个稳定的回流区（这就是射流稳焰的流动物理模型），在后掠圆弧型支板1后侧的气流形成相反方向旋转的旋涡，由于副射流 2对后侧的气流的横穿，高焓富燃射流为高温混有燃油的流体，使得后方回流区燃烧、稳焰效果好。
副射流 2射入后掠圆弧型支板1后方回流中，将会产生更加复杂的涡结构，如图3所示，由于采用后掠圆弧型支板1，其后方除了产生平面方向的对涡结构，在径向方向也存在流向涡特性，由于副射流 2的存在，后掠圆弧型支板1后方三维涡强度将会更大，燃油掺混将会更均匀，燃烧、稳焰效果将会更好。优选方式在后掠圆弧支板后方对向涡结构中间喷入副射流 2，有利于增加射流穿透深度和掺混效果。图6本发明后方回流区形成射流马蹄形涡结构的示意图，其中W1为来流气体，其经过后掠圆弧型支板1，在后方形成后方回流区，对后方回流区进行引射高焓富燃射流，在主气流后方形成一对以相反方向旋转的旋涡，由于引射高焓富燃射流的作用，使得横截面由圆形（副射流 2为圆形射流）变成马蹄形，在马蹄形后方形成一对以相反方向旋转的旋涡。

Claims (4)

1.一种冲压发动机燃烧室稳定器的稳焰方法，其特征在于，所述冲压发动机燃烧室稳定器包括后掠圆弧型支板（1），所述后掠圆弧型支板（1）包括一个底面（11）、两个端面（15）及两个侧型面（12）；所述后掠圆弧型支板（1）的横截面为类三角形；所述两个侧型面（12）的前部相连，两个侧型面（12）分别向内凹形成圆弧侧型面，所述稳焰方法包括以下步骤：
步骤一、在发动机头部，且燃烧室前侧设置后掠圆弧型支板（1），在后掠圆弧型支板（1）的前侧引入来流，所述来流为气体和燃油混合雾化后的气体；
步骤二、使来流经过后掠圆弧型支板（1）的两个侧型面（12），在后掠圆弧型支板（1）后侧形成后方回流区，所述后掠圆弧型支板（1）使来流具有偏转角；
步骤三、在后方回流区的中心位置喷入副射流（2），使得后方回流区包括平面方向的对涡结构和径向方向的流向涡；
所述副射流的入射方向与来流方向垂直。
2.根据权利要求1所述的稳焰方法，其特征在于：步骤三中，所述副射流 （2）为高焓富燃射流，其横截面为圆形。
3.一种冲压发动机燃烧室稳定器的稳焰方法，其特征在于，所述冲压发动机燃烧室稳定器包括后掠圆弧型支板（1），所述后掠圆弧型支板（1）包括一个底面（11）、两个端面（15）及两个侧型面（12）；所述后掠圆弧型支板（1）的横截面为类三角形；所述两个侧型面（12）的前部相连，两个侧型面（12）分别向内凹形成圆弧侧型面，所述后掠圆弧型支板（1）后部的一个端面上设有延伸到另一个端面的盲孔（13），所述盲孔（13）用于与外置燃油连通；所述侧型面（12）上设有与盲孔（13）相连通的喷油孔（14），所述稳焰方法包括以下步骤：
步骤一、在发动机头部，且燃烧室前侧设置后掠圆弧型支板（1），在后掠圆弧型支板（1）的前侧引入来流，所述来流为气体或气体和燃油混合雾化后的气体，和喷油孔（14）中喷出的燃油混合，并雾化燃油，
步骤二、外置燃油给后掠圆弧型支板（1）的盲孔（13）中通入燃油，并从喷油孔（14）中喷出，与来流混合雾化，经过后掠圆弧型支板（1）的两个侧型面（12），在后掠圆弧型支板（1）后侧形成后方回流区，所述后掠圆弧型支板（1）使来流具有偏转角；
步骤三、在后方回流区的中心位置喷入副射流 （2），使得后方回流区包括平面方向的对涡结构和径向方向的流向涡；
所述副射流 （2）的入射方向与来流方向垂直。
4.根据权利要求3所述的稳焰方法，其特征在于：步骤三中，所述副射流 （2）为高焓富燃射流，其横截面为圆形。
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