CN111207007A - 一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，涉及吸气式高超声速飞行器技术领域，具体方案为：在封闭空间的内壁面设置一层斜爆震波抑制介质，抑制介质为不可燃气体；本发明提供了一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，抑制或削弱斜爆震波在壁面的马赫反射，防止流动壅塞，增强斜爆震波的驻定稳定性。

Description

一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法
技术领域
本发明涉及吸气式高超声速飞行器技术领域，更具体地说，它涉及一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法。
背景技术
斜爆震燃烧组织方法是高马赫数飞行中的一种新型燃烧组织方法，通过激波发生装置(如，斜劈、锥体等)来实现斜爆震的起爆，如图1所示。制约斜爆震燃烧组织方法的关键问题之一是斜爆震波的驻定稳定性。研究表明，在封闭空间内(如燃烧室)，斜爆震波极易在壁面发生马赫反射，造成流动壅塞，从而导致斜爆震波驻定失稳，并向上游传播。
现有技术中，使用斜爆震波恰好入射到尾喷管入口上沿处来避免发生马赫反射，如图1所示，但要实现宽速域内斜爆震波的这种精确控制是十分困难的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，抑制或削弱斜爆震波在壁面的马赫反射，防止流动壅塞，增强斜爆震波的驻定稳定性。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，在封闭空间的内壁面设置一层斜爆震波抑制介质，抑制介质为不可燃气体。
采用上述方案，通过在封闭空间的内壁面附近设置抑制介质，形成不可燃气流，从而使斜爆震波入射到壁面附近时衰减为惰性激波，从而抑制或削弱马赫反射，防止流动壅塞，增强斜爆震波的驻定稳定性。
作为一种优选方案，抑制介质的设置方法为在封闭空间的内壁面设有喷射不可燃气体的装置。
在上述优选方案中，可通过沿封闭空间的内壁面敷设管路，然后将管路出口设置在内壁面的附近，通过该管路喷射不可燃气体，以实现将斜爆震波衰减为惰性激波。
作为一种优选方案，斜爆震波发生装置的可燃气体喷射口集中于封闭空间的中部，使得封闭空间的内壁面附近不可燃气体浓度高于可燃气体。
在上述优选方案中，基于具体应用场景，在封闭空间的中部位置设置可燃气体喷射口，在靠近封闭空间的内壁面处不设置可燃气体喷射口，或不供应燃料，能够在下游较远距离处形成近壁不可燃气流，斜劈在远离壁面的预混气流中起爆斜爆震波，当斜爆震波入射到近壁不可燃气流中时，衰减为惰性激波，波角减小，从而达到抑制或削弱马赫反射的目的，防止流动壅塞，增强了斜爆震波的驻定稳定性。
一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强装置，基于上述的封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，包括燃烧室和位于燃烧室内的斜爆震波发生装置，斜爆震波发生装置包括阵列喷管和激波发生装置，阵列喷管包括若干阵列单元，一个阵列单元包括喷管入口和喷管出口的空腔段，相邻阵列单元共用一个隔板，相邻空腔段中气体的流动方向平行，喷管出口处的隔板上平行于喷管出口气流方向设置有燃料喷出口，靠近燃烧室内壁面的若干阵列单元的燃料喷出口不供应燃料或不设置燃料喷出口；激波发生装置位于阵列喷管的下游位置。
如图2所示，阵列喷管由若干阵列单元组成，喷管入口气流为高焓空气。在阵列喷管出口处，每一个阵列单元之间的隔板上平行于喷管出口气流方向喷入燃料(如，氢气)。于是，从阵列喷管出口处开始形成空气和燃料的混合层。随着流向距离的增大，混合层不断发展，最终在下游较远距离处形成接近均匀的预混气流。当阵列喷管靠近壁面附近的若干个单元不供应燃料时，则可在下游较远距离处形成近壁不可燃气流。斜劈在远离壁面的预混气流中起爆斜爆震波，当斜爆震波入射到近壁不可燃气流中时，衰减为惰性激波，波角减小，从而达到抑制或削弱马赫反射的目的，防止流动壅塞，增强了斜爆震波的驻定稳定性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，抑制或削弱斜爆震波在壁面的马赫反射，防止流动壅塞，增强斜爆震波的驻定稳定性。
附图说明
图1是现有的斜爆震发动机原理示意图；
图2是本发明实施例的阵列喷管示意图；
图3是本发明实施例的完全预混气流和带有近壁惰性气体的气流中的斜爆震波数值模拟结果图；
其中：(a)完全预混气流中的斜爆震波；(b)带有近壁惰性气体的气流中的斜爆震波。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，在封闭空间的内壁面设置一层斜爆震波抑制介质，抑制介质为不可燃气体。
采用上述方实施例，通过在封闭空间的内壁面附近设置抑制介质，形成不可燃气流，从而使斜爆震波入射到壁面附近时衰减为惰性激波，从而抑制或削弱马赫反射，防止流动壅塞，增强斜爆震波的驻定稳定性。
作为一种优选实施例，抑制介质的设置方法为在封闭空间的内壁面设有喷射不可燃气体的装置。
在上述优选实施例中，可通过沿封闭空间的内壁面敷设管路，然后将管路出口设置在内壁面的附近，通过该管路喷射不可燃气体，以实现将斜爆震波衰减为惰性激波。
作为一种优选实施例，斜爆震波发生装置的可燃气体喷射口集中于封闭空间的中部，使得封闭空间的内壁面附近不可燃气体浓度高于可燃气体。
在上述优选实施例中，基于具体应用场景，在封闭空间内设有斜爆震波发生装置，即燃烧组织，燃烧组织是通过可燃气体的喷射用以形成动力，在形成动力的过程中，产生斜爆震波，燃烧组织在封闭空间的中部位置设置可燃气体喷射口，在靠近封闭空间的内壁面处不设置可燃气体喷射口，或不供应燃料，能够在斜爆震波发生装置的运行下游较远距离处形成近壁不可燃气流，斜劈在远离壁面的预混气流中起爆斜爆震波，当斜爆震波入射到近壁不可燃气流中时，衰减为惰性激波，波角减小，从而达到抑制或削弱马赫反射的目的，防止流动壅塞，增强了斜爆震波的驻定稳定性。
一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强装置，基于上述的封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，包括燃烧室和位于燃烧室内的斜爆震波发生装置，斜爆震波发生装置包括阵列喷管和激波发生装置，阵列喷管包括若干阵列单元，一个阵列单元包括喷管入口和喷管出口的空腔段，相邻阵列单元共用一个隔板，相邻空腔段中气体的流动方向平行，喷管出口处的隔板上平行于喷管出口气流方向设置有燃料喷出口，靠近燃烧室内壁面的若干阵列单元的燃料喷出口不供应燃料或不设置燃料喷出口；激波发生装置位于阵列喷管的下游位置。
如图2所示，阵列喷管由若干阵列单元组成，喷管入口气流为高焓空气。在阵列喷管出口处，每一个阵列单元之间的隔板上平行于喷管出口气流方向喷入燃料(如，氢气)。于是，从阵列喷管出口处开始形成空气和燃料的混合层。随着流向距离的增大，混合层不断发展，最终在下游较远距离处形成接近均匀的预混气流。当阵列喷管靠近壁面附近的若干个单元不供应燃料时，则可在下游较远距离处形成近壁不可燃气流。斜劈在远离壁面的预混气流中起爆斜爆震波，当斜爆震波入射到近壁不可燃气流中时，衰减为惰性激波，波角减小，从而达到抑制或削弱马赫反射的目的，防止流动壅塞，增强了斜爆震波的驻定稳定性。
如图3所示为完全预混气流和带有近壁惰性气体流时斜爆震波结构的数值模拟结果。根据模拟结果能够得到结论，在完全预混气流中，斜爆震波产生了显著的马赫反射，形成了较大尺度的马赫干，使得斜爆震波结构非常不稳定，接近流动壅塞状态。而当来流带有近壁不可燃气流时，斜爆震波衰减为惰性激波，马赫反射被显著削弱，马赫干尺度显著缩小，整个斜爆震波结构更加稳定。
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 (4)

1.一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，其特征在于，在封闭空间的内壁面设置一层斜爆震波抑制介质，抑制介质为不可燃气体。
2.根据权利要求1所述的封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，其特征在于，所述抑制介质的设置方法为在封闭空间的内壁面设有喷射不可燃气体的装置。
3.根据权利要求1所述的封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，其特征在于，斜爆震波发生装置的可燃气体喷射口集中于封闭空间的中部，使得封闭空间的内壁面附近不可燃气体浓度高于可燃气体。
4.一种封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强装置，基于权利要求1至3任一所述的封闭空间中斜爆震波驻定稳定性增强方法，其特征在于，包括燃烧室和位于燃烧室内的斜爆震波发生装置，所述斜爆震波发生装置包括阵列喷管和激波发生装置，阵列喷管包括若干阵列单元，一个阵列单元包括喷管入口和喷管出口的空腔段，相邻阵列单元共用一个隔板，相邻空腔段中气体的流动方向平行，喷管出口处的隔板上平行于喷管出口气流方向设置有燃料喷出口，靠近燃烧室内壁面的若干阵列单元的燃料喷出口不供应燃料或不设置燃料喷出口；激波发生装置位于阵列喷管的下游位置。
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