CN112081685A - 一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，包括外壳、中心锥、喷嘴环、点火器、燃油储箱和尾喷管。中心锥与外壳之间设有进气道、隔离段、圆盘形旋转爆震燃烧室；进气道、隔离段、圆盘形旋转爆震燃烧室和尾喷管依次连通；将中心锥后体的后壁面与旋转爆震燃烧室内壁面一体设计，将外壳后部径向偏转，实现圆盘形结构的旋转爆震燃烧室。本发明可解决现有冲压模态下旋转爆震发动机轴向尺寸大的问题。

Description

一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机
技术领域
本发明属于发动机技术领域，特别是涉及冲压模态下的旋转爆震发动机。
背景技术
燃烧分为爆燃和爆震两种模式，区别于爆燃，爆震近似为等容燃烧，具有能量释放速率快、热循环效率高、熵增小等优点。基于爆震燃烧机理的旋转爆震发动机具有自增压、结构简单、只需一次起爆即可实现爆震波连续旋转传播的优点，具有广阔应用前景。
冲压发动机属于吸气发动机类型，与火箭发动机相比，只需自身携带燃料，利用周围空气中的氧进行燃烧，不必额外携带氧化剂。冲压发动机能以其特有的性能优越性来适应飞行器的要求，特别是在军事上对飞行器高速远航程的需求。其中，液体冲压发动机自身携带液体燃料，具有比冲高，流量、推力调节简便的优点。但传统冲压发动机的工作机理是基于爆燃燃烧，为拓展液体冲压发动机的工作性能，借助爆震燃烧的优越性，采用爆震燃烧室的液体冲压发动机已经成为航天航空领域的研究热点。目前，所研究的冲压模态下的旋转爆震发动机都采用典型的环形燃烧室结构，环形燃烧室的轴向尺寸一般要求是爆震波高度的2～4倍，这就限制了对发动机整体尺寸的优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，以解决现有冲压模态下旋转爆震发动机轴向尺寸大的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，包括外壳、中心锥、喷嘴环、点火器、燃油储箱和尾喷管。
所述外壳和中心锥同轴布置；所述外壳在轴向上包括前部和后部，前部呈连通的中心筒状，后部沿径向方向偏转；所述中心锥包括同轴相连的前体和后体；所述外壳前部分别与前体、后体构成进气道、隔离段；所述外壳后部与后体的后端面构成圆盘形旋转爆震燃烧室；所述进气道、隔离段、圆盘形旋转爆震燃烧室和尾喷管依次连通；后外壁面上沿周向加工多个间隔均匀的支板，支板头部布置喷嘴，构成喷嘴环，喷嘴环在轴向方向位于隔离段尾部；圆盘形旋转爆震燃烧室头部安装点火器；中心锥锥体内部布置燃油储箱。
进一步的，所述外壳后部沿径向方向偏转至与径向方向保持5°～15°扩张角。
进一步的，所述进气道是渐缩式环形通道。
进一步的，所述爆震燃烧室是圆盘形结构，外壳后部的内壁面是圆盘形旋转爆震燃烧室的外壁面，后体的后端面是圆盘形旋转爆震燃烧室的内壁面。
进一步的，所述喷嘴环带支撑结构，喷嘴置于流场内部，将燃油储箱携带的液体燃料沿轴向方向喷注。
进一步的，所述尾喷管可优选地采用拉瓦尔喷管。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
(1)本发明将中心锥后体的后端面加工成旋转爆震燃烧室的内壁面，进行一体设计，将外壳后部沿径向方向偏转构成旋转爆震燃烧室的外壁面，实现圆盘形结构的爆震燃烧室，该种构型下的旋转爆震燃烧室轴向尺寸实现大幅缩短，发动机整体尺寸减小，重量减轻。
(2)圆盘形旋转爆震燃烧室在外壁面偏转处会存在回流区，该回流区具有较强的火焰稳定能力，可提高本发明的旋转爆震燃烧组织能力，更易实现液体煤油等低活性碳氢燃料的旋转爆震稳定燃烧。
附图说明
图1是本发明实施例总体结构的轴向剖视图。
图2是本发明实施例工作状态下的气流流路图。
在图1中，各标记为：1是外壳，2是中心锥，3是前体，4是后体，5是喷嘴环，6是点火器，7是燃油储箱，8是进气道，9是隔离段，10是圆盘形旋转爆震燃烧室，11是尾喷管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
本发明实施例提供了一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，结合附图1所示，包括：外壳1、中心锥2、喷嘴环5、点火器6、燃油储箱7和尾喷管11；
所述外壳1和中心锥2同轴布置，外壳1在轴向上包括前部1A和后部1B，中心锥2包括同轴相连的前体3和后体4；外壳1前部1A依次与前体3和后体4构成进气道8和隔离段9；外壳1后部1B与后体4的后端面构成圆盘形旋转爆震燃烧室10；所述进气道8、隔离段9、圆盘形旋转爆震燃烧室10和尾喷管11依次连通。后体4外壁面上沿周向均匀布置多个喷嘴构成喷嘴环5，喷嘴环5在轴向方向位于隔离段9尾部；圆盘形旋转爆震燃烧室10头部安装点火器6；中心锥2锥体内部布置燃油储箱7。
本发明实施例的外壳1前部1A呈连通的中心筒状，后部1B沿径向方向偏转至与径向方向保持5°～15°扩张角，保证流道截面积不发生明显收缩。
本发明实施例的前体3与外壳1前部1A构成渐缩结构的进气道8，所述进气道8能够在超声速飞行条件下捕获足够质量流量的来流空气，并对流空气进行减速增压。
本发明实施例的后体4与外壳1前部1A构成隔离段9，所述隔离段9属于进气道8与圆盘形旋转爆震燃烧室10之间的气动缓冲段，能够有效抑制圆盘形旋转爆震燃烧室10的压力前传对进气道8造成干扰，保证进气道8正常工作。
本发明实施例的外壳1后部1B与后体4的后端面构成圆盘形旋转爆震燃烧室10，所述圆盘形旋转爆震燃烧室10的外壁面是外壳1后部1B的内壁面，圆盘形旋转爆震燃烧室10的内壁面是后体4的后端面，圆盘形旋转爆震燃烧室10能够组织流场内反应混合物进行旋转爆震燃烧。
本发明实施例的燃油储箱7布置在中心锥2锥体内部，所述燃油储箱7能够提供发动机正常工作所需的液体燃料。
本发明实施例的后体4外壁面上沿周向加工多个间隔均匀的支板，支板头部布置喷嘴，构成喷嘴环5，所述喷嘴环5在轴向方向位于隔离段尾部，燃油储箱7携带的液体燃料通过喷嘴环5沿轴向方向喷注。
本发明实施例的点火器6安装在圆盘形旋转爆震燃烧室10头部，所述点火器6在触发点火后能够快速形成爆震波，工作可靠。
本发明实施例工作时，进气道8捕获高速来流空气，并对来流空气进行压缩，使其速度降低，压力和温度升高；减速增压后的来流空气进入隔离段9；燃料储箱7携带的液体燃料通过喷嘴环5喷出并与来流空气快速掺混，掺混形成的可爆混合物进入圆盘形旋转爆震燃烧室10；点火器6实施点火，起爆后反应混合物以爆震模式燃烧，爆震波在圆盘形旋转爆震燃烧室10内连续旋转传播；高温高压爆震产物经尾喷管11膨胀加速排出，完成做功并产生推力。
本发明实施例工作时，结合附图2所示，起始来流空气沿轴向方向流动，在隔离段9尾部受圆盘形旋转爆震燃烧室10构型约束，可爆混合物的流动方向逐渐偏转为沿圆盘形旋转爆震燃烧室10的径向方向，最后经过尾喷管11，爆震燃烧产物的流动方向又偏转回沿轴向方向，保证产生沿轴向的正推力。

Claims (6)

1.一种基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，其特征在于，包括外壳(1)、中心锥(2)、喷嘴环(5)、点火器(6)、燃油储箱(7)和尾喷管(11)；
所述外壳(1)和中心锥(2)同轴布置；所述外壳(1)在轴向上包括前部(1A)和后部(1B)，前部(1A)呈连通的中心筒状，后部(1B)沿径向方向偏转；所述中心锥(2)包括同轴相连的前体(3)和后体(4)；所述外壳(1)前部(1A)分别与前体(3)、后体(4)构成进气道(8)、隔离段(9)；所述外壳(1)后部(1B)与后体(4)的后端面构成圆盘形旋转爆震燃烧室(10)；所述进气道(8)、隔离段(9)、圆盘形旋转爆震燃烧室(10)和尾喷管(11)依次连通；后体(4)外壁面上沿周向加工多个间隔均匀的支板，支板头部布置喷嘴，构成喷嘴环(5)，喷嘴环(5)在轴向方向位于隔离段(9)尾部；圆盘形旋转爆震燃烧室(10)头部安装点火器(6)；中心锥(2)锥体内部布置燃油储箱(7)。
2.根据权利要求1所述的基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，其特征在于，所述外壳(1)后部(1B)沿径向方向偏转至与径向方向保持5°～15°扩张角。
3.根据权利要求1所述的基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，其特征在于，所述进气道(8)是渐缩式环形通道。
4.根据权利要求1所述的基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，其特征在于，所述爆震燃烧室是圆盘形结构，外壳(1)后部(1B)的内壁面是圆盘形旋转爆震燃烧室(10)的外壁面，后体(4)的后端面是圆盘形旋转爆震燃烧室(10)的内壁面。
5.根据权利要求1所述的基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，其特征在于，所述喷嘴环(5)带支撑结构，喷嘴置于流场内部，将燃油储箱(7)携带的液体燃料沿轴向方向喷注。
6.根据权利要求1所述的基于圆盘形旋转爆震燃烧室的液体冲压发动机，其特征在于，所述尾喷管可优选地采用拉瓦尔喷管。
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