CN111023152B - 整流喷注一体化装置及使用该装置的冲压发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整流喷注一体化装置及使用该装置的冲压发动机。该整流喷注一体化装置将整流、喷油及稳焰一体化集成设计，根据畸变来流设计同心圆环结构和预混区域来适应大畸变来流；充分利用来流空气动能，将燃油按空气恰当比例侧逆喷入预混区域，高效组织燃烧，提高燃烧效率。选择恰当合理的预混区域排布方式形成稳焰区域，组织混合油气高效燃烧。本发明使得冲压发动机的结构更简单、占用体积更小，并且整流和燃烧效果更佳。

Description

整流喷注一体化装置及使用该装置的冲压发动机

技术领域

本发明属于航天发动机领域，具体涉及一种整流喷注一体化装置及使用该装置的冲压发动机。

背景技术

随着弹用冲压发动机研究深入，技术积累进步，新型任务指标要求也同步提高，某冲压发动机需要能够满足导弹的点火接力、高空巡航、高空机动、俯冲机动以及低空巡航等要求，分析可知上述发动机的要求会导致冲压发动机进气道出口流场畸变大、流速高、燃烧室性能要求高，从而对燃烧室设计带来很大挑战。

传统的设计方案见图1，冲压发动机包括：进气道01、燃烧室02以及尾喷管03，通过整流格栅04对畸变来流进行改善，使得进入燃烧室来流均匀，再通过喷油装置05喷油，通过点火装置06进行点火燃烧，油气混合后在稳定装置07后端形成适当的稳焰燃烧区域。但是该传统方案存在结构部件多、结构质量重，同时整流格栅流阻损失大等问题，导致发动机性能很难满足要求。

发明内容

为了解决现有冲压发动机采用整流格栅、喷油装置以及稳定装置对畸变来流进行处理时所存在的结构复杂、整体质量重，同时整流格栅流阻损失大等问题，本发明提供了一种整流喷注一体化装置。同时，本发明还提供了一种使用该装置的冲压发动机。

本发明的基本设计思路是：

将整流、喷油及稳焰一体化集成设计，根据畸变来流设计同心圆环结构和预混区域来适应大畸变来流；充分利用来流空气动能，将燃油按空气恰当比例侧逆喷入预混区域，高效组织燃烧，提高燃烧效率。选择恰当合理的预混区域排布方式形成稳焰区域，组织混合油气高效燃烧。

本发明的具体技术解决方案是：本发明提供了一种整流喷注一体化装置，包括N个圆环、第一支撑体以及第二支撑体；

N个圆环同心设置；N个圆环内均设有环形燃油通道；N≥2；

第一支撑体、第二支撑体均由内而外依次与N个圆环连接，且第一支撑体、第二支撑体整体呈正交分布；

第一支撑体、第二支撑体内均设有至少一路进油通道；所述进油通道分别与每一个环形燃油通道连通；

每个圆环的外壁上均沿圆周方向均布有多个喷油孔；多个喷油孔均与环形燃油通道连通；

在每相邻两个圆环之间，且位于每个喷油孔的两侧设置有隔板，两个隔板以及相邻两个圆环之间构成来流和燃油的预混区域，从而在每相邻两个圆环之间构成若干个预混区域。

进一步地，为了使畸变来流整形效果更好，并且确保来流和燃油的均匀混合，第i个圆环和第i+1个圆环之间的若干个预混区域与第i+1个圆环和第i+2个圆环之间的若干个预混区域之间在周向上错位分布，其中i∈N。

进一步地，为了高效组织燃烧，提高燃烧效率，所述隔板呈翼型。

进一步地，上述进油通道为两组，相应的环形燃油通道为两组，且每个预混区域处对应的喷油孔为两个。

进一步地，上述第一支撑体和第二支撑体均有多个类矩形块组成。

进一步地，上述N个圆环、第一支撑体、第二支撑体、进油通道、环形燃油通道、喷油孔以及隔板均采用3D打印技术一体成型，实现了该装置结构高度一体化，同时便于加工制造。

进一步地，上述喷油孔的进油通道、环形燃油通道的内径均为φ10mm，喷油孔的孔径为φ0.5mm至φ1.5mm。

另外，基于上述装置，本发明还提供了一种冲压发动机，包括进气道、燃烧室以及尾喷管；所述燃烧室内安装了上述的整流喷注一体化装置。

为了进一步地提高整流效果，上述整流喷注一体化装置的截面呈弧形，弧形的突起方向与来流方向一致。

进一步地，上述整流喷注一体化装置通过第一支撑体和第二支撑体固定焊接在燃烧室内。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过采用N个圆环、第一支撑体以及第二支撑体，通过设置环形燃油通道、进油通道以及喷油孔，同时采用隔板形成来流和燃油的预混区域，实现了将传统方案的整流、喷油及稳焰装置一体化设计，使得结构更简单、占用体积更小，并且整流和燃烧效果更佳。

2、本发明的第一支撑体以及第二支撑体内均设有进油通道，可以根据实际需求，选择两路同时供油或者一路供油、一路关闭，避免了不必要的浪费，更加节省能耗。

3、本发明中第i个圆环和第i+1个圆环之间的若干个预混区域与第i+1个圆环和第i+2个圆环之间的若干个预混区域之间在周向上错位分布，预混区域以离散式分布，从而使畸变来流整形效果更好，并且来流和燃油在燃气室内能够均匀混合，燃烧效果更佳。

4、本发明采用的优化合理布置一体化结构，并且采用多同心圆环结构、翼型隔板构成的来流通道结构能够适应性的调节大畸变来流。

5、本发明充分利用来流空气动能，将燃油按空气恰当比例侧逆喷入环形管道与翼型通道组成的预混区域，高效组织燃烧，提高燃烧效率。

6、本发明的一体化装置采用3D打印成型，结构高度一体化，大大降低了结构重量，并且利于加工制造。

附图说明

图1为现有冲压发动机的结构简图；

图2为整流喷注一体化装置立体图；

图3为整流喷注一体化装置的正视图；

图4为整流喷注一体化装置的局部图；

图5为任意圆环的截面图；

图6为图5的A-A向剖视图；

图7为图5的B-B向剖视图；

附图标记如下：

01-进气道、02-燃烧室、03-尾喷管、04-整流格栅、05-喷油装置、06-点火装置、07-稳焰装置；

1-圆环、2-第一支撑体、3-第二支撑体、4-类矩形块、5-进油通道、6-环形燃油通道、7-喷油孔、8-隔板、9-预混区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

本实施例给出了整流喷注一体化装置的具体结构，如图2至图7所示，该装置包括N个圆环1、第一支撑体2以及第二支撑体3；

N个圆环1同心设置；N个圆环内均设有环形燃油通道6；N≥2；

第一支撑体2、第二支撑体3均由内而外依次与N个圆环1连接，且第一支撑体2、第二支撑体3整体呈正交分布(本实施例中第一支撑体2和第二支撑体3均有多个类矩形块4组成，每个类矩形块4的上表面和下表面为弧形，且弧度与圆环1适配，左右两侧表面为平面)；

第一支撑体2、第二支撑体3内均设有至少一路进油通道5；进油通道5分别与每一个环形燃油通道6连通；每个圆环1的外壁上均沿圆周方向均布有多个喷油孔7；多个喷油孔7均与环形燃油通道6连通；燃油首先通过进油通道5进入第一支撑体2和第二支撑体3，然后分别流经每个圆环1内的环形燃油通道6后被喷油孔7喷出，本实施例中第一支撑体2以及第二支撑体3内均同时作为进油通道，当然根据实际需求，可选择两路同时供油或者一路供油、一路关闭，避免了不必要的浪费，更加节省能耗。

在每相邻两个圆环1之间，且位于每个喷油孔7的两侧设置有隔板8，两个隔板8以及相邻两个圆环1之间构成来流和燃油的预混区域9，从而在每相邻两个圆环1之间构成若干个预混区域。畸变来流在预混区域内与喷油孔喷出的燃油混合后充分燃烧。

基于上述结构，本实施例还给出了一下优化设计方案：

1、为了使畸变来流整形效果更好，并且确保来流和燃油在均匀混合，所有预混区域以离散式分布，具体结构是：第i个圆环1和第i+1个圆环1之间的若干个预混区域9与第i+1个圆环1和第i+2个圆环2之间的若干个预混区域9之间在周向上错位分布，其中i∈N。

2、为了高效组织燃烧，提高燃烧效率，所述隔板8呈翼型。

3、本实施例中进油通道5为两组，相应的环形燃油通道6为两组，且每个预混区域9处对应的喷油孔7为两个，即就是一个进油通道、一个环形燃油通道、一个喷油孔构成第一路燃油供应系统；另一个进油通道、另一个环形燃油通道、另一个喷油孔构成第二路燃油供应系统，本实施例中该两路中进油通道、环形燃油通道的内径均为φ10mm(内径尺寸可根据实际情况自行设计)，两路中的喷油孔分别为φ0.5mm和φ1.5mm。

4、N个圆环1、第一支撑体2、第二支撑体3、进油通道5、环形燃油通道6、喷油孔7以及隔板8均采用3D打印技术一体成型，实现了该装置结构高度一体化，同时便于加工制造。

另外，基于上述一体化装置，本实施例还提供了一种冲压发动机(未提供相应附图，其基本结构可参考图1)，包括进气道、燃烧室以及尾喷管；所述燃烧室内安装了上述的整流喷注一体化装置，并且为了进一步地提高整流效果，本实施例的冲压发动机中使用的整流喷注一体化装置的截面呈弧形，弧形的突起方向与来流方向一致；整流喷注一体化装置通过第一支撑体和第二支撑体固定焊接在燃烧室内，由此可见，第一支撑体和第二支撑体不仅作为供油系统的一部分，同时也起到了支撑安装整个整流喷注一体化装置的作用，这种设计方式使的结构更加简单、巧妙。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种整流喷注一体化装置，其特征在于：包括N个圆环(1)、第一支撑体(2)以及第二支撑体(3)；

N个圆环(1)同心设置；N个圆环(1)内均设有环形燃油通道(6)；N≥2；

第一支撑体(2)、第二支撑体(3)均由内而外依次与N个圆环(1)连接，且第一支撑体(2)、第二支撑体(3)整体呈正交分布；

第一支撑体(2)、第二支撑体(3)内均设有至少一路进油通道(5)；所述进油通道(5)分别与每一个环形燃油通道(6)连通；

每个圆环(1)的外壁上均沿圆周方向均布有多个喷油孔(7)；多个喷油孔(7)均与环形燃油通道(6)连通；

在每相邻两个圆环(1)之间，且位于每个喷油孔(7)的两侧设置有隔板(8)，两个隔板(8)以及相邻两个圆环(1)之间构成来流和燃油的预混区域(9)，从而在每相邻两个圆环之间构成若干个预混区域。

2.根据权利要求1所述的整流喷注一体化装置，其特征在于：第i个圆环和第i+1个圆环之间的若干个预混区域与第i+1个圆环和第i+2个圆环之间的若干个预混区域之间在周向上错位分布，其中i∈N。

3.根据权利要求1或2所述的整流喷注一体化装置，其特征在于：隔板(8)呈翼型。

4.根据权利要求3所述的整流喷注一体化装置，其特征在于：所述进油通道(5)为两组，相应的环形燃油通道(6)为两组，且每个预混区域(9)处对应的喷油孔(7)为两个。

5.根据权利要求4所述的整流喷注一体化装置，其特征在于：所述第一支撑体(2)和第二支撑体(3)均有多个类矩形块(4)组成；每个类矩形块(4)的上表面和下表面为弧形，且弧度与圆环(1)适配，左右两侧表面为平面。

6.根据权利要求1所述的整流喷注一体化装置，其特征在于：所述N个圆环(1)、第一支撑体(2)、第二支撑体(3)、进油通道(5)、环形燃油通道(6)、喷油孔(7)以及隔板(8)均采用3D打印技术一体成型。

7.根据权利要求1所述的整流喷注一体化装置，其特征在于：所述进油通道(5)、环形燃油通道(6)的内径均为φ10mm，喷油孔(7)的孔径为φ0.5mm至φ1.5mm。

8.一种冲压发动机，包括进气道、燃烧室以及尾喷管，其特征在于：所述燃烧室内安装如权利要求1-7任一项所述的整流喷注一体化装置。

9.根据权利要求8所述的冲压发动机，其特征在于：所述整流喷注一体化装置的截面呈弧形，弧形的突起方向与来流方向一致。

10.根据权利要求9所述的冲压发动机，其特征在于：所述整流喷注一体化装置通过第一支撑体和第二支撑体固定焊接在燃烧室内。

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