CN111023149B - 一种燃烧室交错支板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧室交错支板，涉及超燃冲压发动机技术领域，其技术方案要点是：包括安装座、支板连接部和支板主体；支板主体向燃烧室内气流下游方向倾斜15°～30°，支板主体迎风面构成10°～45°的锥角；支板主体朝向燃烧室内气流下游方向的尾部设有交错形燕尾结构；安装座底面设有贯穿安装座和支板连接部内部的注油孔；注油孔连通有位于支板主体内部中心的供油通道；支板主体位于支板主体迎风面和尾部侧面之间的侧面分别设有3个与供油通道连通的喷注孔。该交错支板能够降低侵入燃烧室内的侵入式燃料喷注装置引起的燃烧室内的气流总压损失，且能够延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，从而能够提高发动机的推进效率。

Description

一种燃烧室交错支板

技术领域

本发明涉及超燃冲压发动机技术领域，更具体地说，它涉及一种燃烧室交错支板。

背景技术

超燃冲压发动机作为一种推进动力装置，可以经济可靠地实现高超声速飞行目标。超燃冲压发动机一般包括进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管等部件。

燃烧室的功能是实现燃料喷注、点火和燃烧。现有的燃料喷注方法根据喷注位置的不同，可以分为两类：壁面喷注和侵入式喷注。壁面喷注一般采用布置在发动机壁面的喷注孔将燃料注入燃烧室。侵入式喷注则常常采用支杆、支板等装置，将燃料直接喷注到燃烧室中部。壁面喷注的燃料穿透深度较低、扩散区域较小，达到充分混合的时间较长，一般用于小尺度燃烧室(燃烧室当量直径不大于Ф30mm)。侵入式喷注的燃料穿透深度较高、扩散区域较大，达到充分混合的时间较短，一般适用于大尺度燃烧室(燃烧室当量直径大于Ф30mm)。但侵入式喷注采用支杆/支板等装置阻力较大，会使得气流产生很强的总压损失，从而降低发动机的推进效率。

由于超燃冲压发动机燃烧室内气流速度为超声速，气流和燃料在燃烧室内驻留时间仅为毫秒量级，为实现气流与燃料的快速充分混合，并尽可能地降低气流总压损失，本发明旨在设计一种用于喷注燃料的新型交错支板，用于解决现有技术中发动机燃烧室内气流与燃料不能快速充分混合，且燃烧室内气流总压损失较大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃烧室交错支板，能够降低侵入燃烧室内的侵入式燃料喷注装置引起的燃烧室内的气流总压损失，且能够延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，从而能够提高发动机的推进效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种燃烧室交错支板，包括与燃烧室内壁连接的安装座，所述安装座顶面中部设有与安装座一体成型的支板连接部；所述支板连接部顶端设有侵入燃烧室内部的支板主体，所述支板主体为向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体，所述支板主体靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角为10°～45°；所述支板主体朝向燃烧室内气流下游方向的尾部侧面设有交错形的燕尾结构；所述安装座底面设有贯穿安装座和支板连接部内部的注油孔；所述注油孔顶端连通有位于支板主体内部中心的供油通道，所述供油通道的顶端靠近支板主体顶端；所述支板主体位于支板主体迎风面和尾部侧面之间的两侧面分别等间距设有3个与供油通道连通的喷注孔。

通过采用上述技术方案，在利用该交错支板将燃料喷注于燃烧室内的过程中，通过安装座，便于支板主体侵入燃烧室内与燃烧室内壁之间的安装固定；通过向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体的支板主体，使得侵入燃烧室内的支板主体相对燃烧室内气流方向具有的后掠角度能够保证支板主体不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失；通过注油孔和供油通道，便于对燃烧室内注入燃料的操作；利用支板主体迎风面和尾部侧面之间的两侧面的3个与供油通道连通的喷注孔，便于将注入支板主体内部供油通道内的燃料喷注于燃烧室内与燃烧室内气流混合；通过支板主体尾部侧面的交错形的燕尾结构，便于在燃烧室内气流经过燕尾结构时产生大规模的涡旋结构，从而能够延长气流与燃料在燃烧室内的驻留时间，且能够使燃料和气流混合得更加均匀；通过该侵入燃烧室内的交错支板，能够降低侵入燃烧室内的侵入式燃料喷注装置引起的燃烧室内的气流总压损失，且能够延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，从而能够提高发动机的推进效率。

本发明进一步设置为：所述支板主体向燃烧室内气流下游方向倾斜的角度为δ，δ为15°～30°。

通过采用上述技术方案，支板主体向燃烧室内气流下游方向倾斜的角度为δ，且δ为15°～30°，便于保证支板主体不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失。

本发明进一步设置为：所述δ为30°。

通过采用上述技术方案，δ为30°，既能保证支板主体不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失，又不至于使得支板主体的长度太长。

本发明进一步设置为：所述安装座顶面设有4个贯穿安装座底面的螺纹孔，所述螺纹孔分别位于安装座四角处，所述螺纹孔的直径为6mm。

通过采用上述技术方案，通过分别位于安装座四角处的4个贯穿安装座底面的螺纹孔，便于利用螺栓对安装座与燃烧室内壁之间进行螺纹连接固定。

本发明进一步设置为：所述安装座与支板连接部的高度之和为H2；所述支板主体、安装座和支板连接部的高度之和为H1；所述支板主体侵入燃烧室内的宽度为D1；所述燕尾结构与支板主体尾部侧面连接的平直段的宽度为D2，且D1大于D2，所述燕尾结构张开的宽度为W。

通过采用上述技术方案，安装座与支板连接部的高度之和为H2，支板主体、安装座和支板连接部的高度之和为H1,使得支板主体侵入燃烧室内的有效高度为H1与H2之差，且支板主体侵入燃烧室内的有效宽度为D1，使得侵入燃烧室内部的支板主体在能够对燃烧室内进行燃料喷注的同时，还能保证燃室内的气流总压不引起巨大损失；支板主体侵入燃烧室内的宽度为D1，燕尾结构与支板主体尾部侧面连接的平直段的宽度为D2，且D1大于D2，燕尾结构张开的宽度为W，使得支板本体的尾部形成低速区，延长燃料驻留时间，提高燃料与气流的混合效率。

本发明进一步设置为：所述安装座底面设有与注油孔连接的台阶孔，所述台阶孔的直径为10mm，深度为3mm；所述供油通道的直径为6mm。

通过采用上述技术方案，通过注油孔，便于实现注油操作；通过直径为10mm，深度为3mm的台阶孔，便于连接安装供油管道；供油通道的直径为6mm，使得对燃烧室内喷注燃料的同时，能够将燃料的喷注速度及喷注量控制在有利的范围。

本发明进一步设置为：所述燕尾结构的内侧和外侧的偏转角度分别是γ和β，γ为150°～180°，β为120°～150°。

通过采用上述技术方案，燕尾结构的内侧和外侧的偏转角度分别是150°～180°和120°～150°，便于保证气流在燕尾结构处能够产生涡旋，从而延长燃料在燃烧室内的驻留时间，从而能够提升燃料与气流的混合效率。

本发明进一步设置为：所述支板主体的长度为L2；所述支板主体靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角段的长度为L3，所述支板主体与燕尾结构的长度之和为L1。

通过采用上述技术方案，支板主体的长度为L2，支板主体靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角段的长度为L3，支板主体与燕尾结构的长度之和为L1，便于保证侵入燃烧室内的支板主体不会引起燃烧室内巨大的气流总压损失。

本发明进一步设置为：所述安装座、支板连接部、支板主体和燕尾结构为一体成型结构，且所述安装座、支板连接部、支板主体和燕尾结构为不锈钢材质制成。

通过采用上述技术方案，安装座、支板连接部、支板主体和燕尾结构为一体成型结构，且为不锈钢材质制成，便于保证该交错支板具有刚性和耐腐蚀性，从而保证侵入燃烧室内的支板主体的使用质量及使用寿命。

综上所述，本发明具有以下有益效果：通过安装座，便于支板主体侵入燃烧室内与燃烧室内壁之间的安装固定；通过向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体的支板主体，使得侵入燃烧室内的支板主体相对燃烧室内气流方向具有的后掠角度能够保证支板主体不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失；通过注油孔和供油通道，便于对燃烧室内注入燃料的操作；利用支板主体迎风面和尾部侧面之间的两侧面的3个与供油通道连通的喷注孔，便于将注入支板主体内部供油通道内的燃料喷注于燃烧室内与燃烧室内气流混合；通过支板主体尾部侧面的交错形的燕尾结构，便于在燃烧室内气流经过燕尾结构时产生大规模的涡旋结构，从而能够延长气流与燃料在燃烧室内的驻留时间，且能够使燃料和气流混合得更加均匀；通过该侵入燃烧室内的交错支板，能够降低侵入燃烧室内的侵入式燃料喷注装置引起的燃烧室内的气流总压损失，且能够延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，从而能够提高发动机的推进效率。

附图说明

图1是本发明实施例中的正视图；

图2是本发明实施例中的俯视图；

图3是本发明实施例中支板主体顶端局部视图；

图4是本发明实施例中支板主体的立体示意图。

图中：1、安装座；2、支板连接部；3、支板主体；4、燕尾结构；5、台阶孔；6、供油通道；7、喷注孔；8、螺纹孔；9、注油孔。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种燃烧室交错支板，如图1、图2、图3和图4所示，包括与燃烧室内壁连接的安装座1，安装座1顶面中部设有与安装座1一体成型的支板连接部2。支板连接部2顶端一体成型有侵入燃烧室内部的支板主体3，支板主体3为向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体，支板主体3靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角为10°～45°。支板主体3朝向燃烧室内气流下游方向的尾部侧面一体成型有交错形的燕尾结构4。安装座1底面加工有贯穿安装座1和支板连接部2内部的注油孔9。注油孔9顶端连通有位于支板主体3内部中心的供油通道6，供油通道6的顶端靠近支板主体3顶端。支板主体3位于支板主体3迎风面和尾部侧面之间的两侧面分别等间距加工有3个与供油通道6连通的喷注孔7。

在本实施例中，在利用该交错支板将燃料喷注于燃烧室内的过程中，通过安装座1，便于支板主体3侵入燃烧室内与燃烧室内壁之间的安装固定。通过向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体的支板主体3，使得侵入燃烧室内的支板主体3相对燃烧室内气流方向具有的后掠角度能够保证支板主体3不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失。通过注油孔9和供油通道6，便于对燃烧室内注入燃料的操作。利用支板主体3迎风面和尾部侧面之间的两侧面的3个与供油通道6连通的喷注孔7，便于将注入支板主体3内部供油通道6内的燃料喷注于燃烧室内与燃烧室内气流混合。通过支板主体3尾部侧面的交错形的燕尾结构4，便于在燃烧室内气流经过燕尾结构4时产生大规模的涡旋结构，从而能够延长气流与燃料在燃烧室内的驻留时间，且能够使燃料和气流混合得更加均匀。通过该侵入燃烧室内的交错支板，能够降低侵入燃烧室内的侵入式燃料喷注装置引起的燃烧室内的气流总压损失，且能够延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，从而能够提高发动机的推进效率。

支板主体3向燃烧室内气流下游方向倾斜的角度为δ，δ为15°～30°。

在本实施例中，支板主体3向燃烧室内气流下游方向倾斜的角度为δ，且δ为15°～30°，便于保证支板主体3不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失。

δ为30°。

在本实施例中，δ为30°，既能保证支板主体3不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失，又不至于使得支板主体3的长度太长。

安装座1顶面加工有4个贯穿安装座1底面的螺纹孔8，螺纹孔8分别位于安装座1四角处，螺纹孔8的直径为6mm。

在本实施例中，通过分别位于安装座1四角处的4个贯穿安装座1底面的螺纹孔8，便于利用螺栓对安装座1与燃烧室内壁之间进行螺纹连接固定。

安装座1与支板连接部2的高度之和为H2。支板主体3、安装座1和支板连接部2的高度之和为H1。支板主体3侵入燃烧室内的宽度为D1。燕尾结构4与支板主体3尾部侧面连接的平直段的宽度为D2，且D1大于D2，燕尾结构4张开的宽度为W。

在本实施例中，D1为燃烧室宽度的3％～5％。H2小于等于燃烧室内壁的厚度。H1与H2之间的的差值小于燃烧室内径的长度。W的取值范围为1.0～1.5倍D1。D2的取值范围为0.5～1.0倍D1。安装座1与支板连接部2的高度之和为H2，支板主体3、安装座1和支板连接部2的高度之和为H1,使得支板主体3侵入燃烧室内的有效高度为H1与H2之差，且支板主体3侵入燃烧室内的有效宽度为D1，使得侵入燃烧室内部的支板主体3在能够对燃烧室内进行燃料喷注的同时，还能保证燃室内的气流总压不引起巨大损失。支板主体3侵入燃烧室内的宽度为D1，燕尾结构4与支板主体3尾部侧面连接的平直段的宽度为D2，且D1大于D2，燕尾结构4张开的宽度为W，使得支板本体的尾部形成低速区，延长燃料驻留时间，提高燃料与气流的混合效率。

安装座1底面加工有与注油孔9连接的台阶孔5，台阶孔5的直径为10mm，深度为3mm。供油通道6的直径为6mm。

在本实施例中，通过注油孔9，便于实现注油操作。通过直径为10mm，深度为3mm的台阶孔5，便于连接安装供油管道。供油通道6的直径为6mm，使得对燃烧室内喷注燃料的同时，能够将燃料的喷注速度及喷注量控制在有利的范围。

燕尾结构4的内侧和外侧的偏转角度分别是γ和β，γ为150°～180°，β为120°～150°。

在本实施例中，燕尾结构4的内侧和外侧的偏转角度分别是150°～180°和120°～150°，便于保证气流在燕尾结构4处能够产生涡旋，从而延长燃料在燃烧室内的驻留时间，从而能够提升燃料与气流的混合效率。

支板主体3的长度为L2。支板主体3靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角段的长度为L3，支板主体3与燕尾结构4的长度之和为L1。

在本实施例中，L3的取值根据支板主体3靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角的取值与D1的取值计算得到。L2的取值根据设计需求进行设计。L1的长度为L2与L3之和。支板主体3的长度为L2，支板主体3靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角段的长度为L3，支板主体3与燕尾结构4的长度之和为L1，便于保证侵入燃烧室内的支板主体3不会引起燃烧室内巨大的气流总压损失。

安装座1、支板连接部2、支板主体3和燕尾结构4为一体成型结构，且安装座1、支板连接部2、支板主体3和燕尾结构4为不锈钢材质制成。

在本实施例中，安装座1、支板连接部2、支板主体3和燕尾结构4为一体成型结构，且为不锈钢材质制成，便于保证该交错支板具有刚性和耐腐蚀性，从而保证侵入燃烧室内的支板主体3的使用质量及使用寿命。

工作原理：在利用该交错支板将燃料喷注于燃烧室内的过程中，利用安装座1，便于支板主体3侵入燃烧室内与燃烧室内壁之间的安装固定。利用向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体的支板主体3，使得侵入燃烧室内的支板主体3相对燃烧室内气流方向具有的后掠角度能够保证支板主体3不会引起燃烧室内强烈的气流总压损失。通过注油孔9和供油通道6，便于对燃烧室内注入燃料的操作。利用支板主体3迎风面和尾部侧面之间的两侧面的3个与供油通道6连通的喷注孔7，便于将注入支板主体3内部供油通道6内的燃料喷注于燃烧室内与燃烧室内气流混合。通过支板主体3尾部侧面的交错形的燕尾结构4，便于在燃烧室内气流经过燕尾结构4时产生大规模的涡旋结构，从而能够延长气流与燃料在燃烧室内的驻留时间，且能够使燃料和气流混合得更加均匀。通过该侵入燃烧室内的交错支板，能够降低侵入燃烧室内的侵入式燃料喷注装置引起的燃烧室内的气流总压损失，且能够延长燃料在燃烧室内的驻留时间，提升燃料与气流的混合效率，从而能够提高发动机的推进效率。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种燃烧室交错支板，其特征是：包括与燃烧室内壁连接的安装座(1)，所述安装座(1)顶面中部设有与安装座(1)一体成型的支板连接部(2)；所述支板连接部(2)顶端设有侵入燃烧室内部的支板主体(3)，所述支板主体(3)为向燃烧室内气流下游方向倾斜的倾斜状五棱柱板体，所述支板主体(3)靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角为10°～45°；所述支板主体(3)朝向燃烧室内气流下游方向的尾部侧面设有交错形的燕尾结构(4)；所述安装座(1)底面设有贯穿安装座(1)和支板连接部(2)内部的注油孔(9)；所述注油孔(9)顶端连通有位于支板主体(3)内部中心的供油通道(6)，所述供油通道(6)的顶端靠近支板主体(3)顶端；所述支板主体(3)位于支板主体(3)迎风面和尾部侧面之间的两侧面分别等间距设有3个与供油通道(6)连通的喷注孔(7)。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述支板主体向燃烧室内气流下游方向倾斜的角度为δ，δ为15°～30°。

3.根据权利要求2所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述δ为30°。

4.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述安装座(1)顶面设有4个贯穿安装座(1)底面的螺纹孔(8)，所述螺纹孔(8)分别位于安装座(1)四角处，所述螺纹孔(8)的直径为6mm。

5.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述安装座(1)与支板连接部(2)的高度之和为H2；所述支板主体(3)、安装座(1)和支板连接部(2)的高度之和为H1；所述支板主体(3)侵入燃烧室内的宽度为D1；所述燕尾结构(4)与支板主体(3)尾部侧面连接的平直段的宽度为D2，且D1大于D2，所述燕尾结构(4)张开的宽度为W。

6.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述安装座(1)底面设有与注油孔(9)连接的台阶孔(5)，所述台阶孔(5)的直径为10mm，深度为3mm；所述供油通道(6)的直径为6mm。

7.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述燕尾结构(4)的内侧和外侧的偏转角度分别是γ和β，γ为150°～180°，β为120°～150°。

8.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述支板主体(3)的长度为L2；所述支板主体(3)靠近气流上游方向的迎风面构成的锥角段的长度为L3，所述支板主体(3)与燕尾结构(4)的长度之和为L1。

9.根据权利要求1所述的一种燃烧室交错支板，其特征是：所述安装座(1)、支板连接部(2)、支板主体(3)和燕尾结构(4)为一体成型结构，且所述安装座(1)、支板连接部(2)、支板主体(3)和燕尾结构(4)为不锈钢材质制成。

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