CN115200044A - 一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，包括燃料喷注模块，所述燃料喷注模块设有一排间隔布置的燃料喷注孔，所述燃料喷注孔为椭圆形，所述燃料喷注孔中心连线的延长线与燃烧室中气流来流方向垂直；由燃料喷注模块中心处向两侧方向分布的燃料喷注孔迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加；有益效果：本发明改变了射流和燃烧室中高速来流之间的接触面积，有效改善了因壁面边界层作用导致的组合喷孔射流穿透深度不一致的问题，使燃料和来流混合更加均匀，满足超燃冲压发动机可靠点火与稳定燃烧的需求，在兼顾总压损失的同时提高了燃烧效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷孔结构，特别提供了一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，属于超燃冲压发动机高效燃烧技术领域。
背景技术
超燃冲压发动机因其具有无需携带氧化剂、高有效载荷、高速、高机动与可重复使用等特点，已经成为了目前实现高超声速飞行的首要技术。
目前超燃冲压发动机的燃料喷注方式主要分为壁面喷注和侵入喷注两种。壁面喷注具有燃料穿透深度低且扩散速度慢等缺点，一般应用于小尺度燃烧室，若应用于大尺度燃烧室，会导致燃料混合不均匀、燃料燃烧效率较低等问题；侵入喷注因其采用支板等装置，会造成很大的总压损失，从而降低发动机的推进效率，一般应用于大尺度燃烧室。在工程实际中，超燃冲压发动机喷孔常以多排多孔组合方式出现，一是保证喷注的燃料流量，二是合适的组合喷孔布置方式可以促成喷孔间射流雾化的耦合强化，有效弥补单孔喷射方式下，一味增加燃料射流穿透深度改善雾化性能，导致的来流总压损失增加的问题。
但当采用多孔组合喷注时，受到壁面边界层的影响，在燃烧室两侧近壁面位置处气流速度相对较低，射流沿气流流向的加速和剪切均较弱，射流的穿透深度相对较高，这会造成各个喷孔的射流穿透深度不一致，燃料在燃烧室内分布不均匀，从而影响超燃冲压发动机的可靠点火与稳定燃烧。其次，在超燃冲压发动机的燃烧室中，由于来流速度高，燃料在燃烧室中的驻留时间非常短，仅为几毫秒，燃料雾化与来流间混合时间短，导致点火与稳定的燃烧实现非常困难。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，以提高燃料和空气在有限时间内的混合效率，满足超燃冲压发动机可靠点火与稳定燃烧的需求，在提高燃烧效率的同时兼顾总压损失。
技术方案：一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，包括燃料喷注模块，所述燃料喷注模块设有一排间隔布置的燃料喷注孔，所述燃料喷注孔为椭圆形，所述燃料喷注孔中心连线的延长线与燃烧室中气流来流方向垂直；由燃料喷注模块中心处向两侧方向分布的燃料喷注孔迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加。
优选项，所述各燃料喷注孔椭圆形截面面积相等。
本发明借助椭圆形燃料喷注孔将燃料喷注到燃烧室中，在保持椭圆形燃料喷注孔面积不变的条件下通过迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加的方法改变射流和燃烧室中高速来流之间的接触面积，中心处燃料喷注孔和高速来流接触面积小，向两侧燃料喷注孔和高速来流之间的接触面积逐渐增大，接触面积越大高速来流对射流沿流向的气动加速作用越强，高速来流对于射流的弯曲作用越明显，射流的穿透深度越小，有效改善了因壁面边界层作用导致的组合喷孔射流穿透深度不一致的问题，使燃料和来流混合更加均匀，在兼顾总压损失的同时提高了燃烧效率。
优选项，所述燃料喷注孔椭圆形截面长轴长度为1-4mm。
优选项，所述各燃料喷注孔椭圆形截面短轴长度为长轴长度的1/4-1倍。
优选项，每两个相邻燃料喷注孔中心间距为燃料喷注孔长轴最大值的2-3倍。
优选项，所述燃料喷注孔迎风轴长度由燃料喷注模块中心处向两侧方向逐渐增大，从短轴迎风逐渐变化到长轴迎风。
优选项，所述燃料喷注孔长轴与来流方向之间的夹角逐渐递增，所述燃料喷注孔长轴与来流方向之间的初始夹角为0°。
优选项，所述燃料喷注孔长轴与来流方向之间的夹角增量为90°除以燃料喷注模块单侧燃料喷注孔的数量。
优选项，为了保证燃料喷注孔加工精度以及光洁度，所述燃料喷注孔采用激光微钻加工。
有益效果：本发明借助椭圆形燃料喷注孔将燃料喷注到燃烧室中，在保持椭圆形燃料喷注孔面积不变的条件下通过迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加的方法改变射流和燃烧室中高速来流之间的接触面积，有效改善了因壁面边界层作用导致的组合喷孔射流穿透深度不一致的问题，使燃料和来流混合更加均匀，满足超燃冲压发动机可靠点火与稳定燃烧的需求，在兼顾总压损失的同时提高了燃烧效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明壁面喷注喷孔结构示意图。
图2为本发明壁面喷注喷孔迎风夹角示意图。
图3为本发明壁面喷注喷孔实施例二结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，包括燃料喷注模块1，所述燃料喷注模块1设有一排间隔布置的燃料喷注孔2，所述燃料喷注孔2为椭圆形，所述燃料喷注孔2中心连线的延长线与燃烧室中气流来流方向垂直；由燃料喷注模块1中心处向两侧方向分布的燃料喷注孔2迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加。
所述各燃料喷注孔2椭圆形截面面积相等。
本发明借助椭圆形燃料喷注孔2将燃料喷注到燃烧室中，在保持椭圆形燃料喷注孔2面积不变的条件下通过迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加的方法改变射流和燃烧室中高速来流之间的接触面积，中心处燃料喷注孔2和高速来流接触面积小，向两侧燃料喷注孔2和高速来流之间的接触面积逐渐增大，接触面积越大高速来流对射流沿流向的气动加速作用越强，高速来流对于射流的弯曲作用越明显，射流的穿透深度越小，有效改善了因壁面边界层作用导致的组合喷孔射流穿透深度不一致的问题，使燃料和来流混合更加均匀，在兼顾总压损失的同时提高了燃烧效率。
所述燃料喷注孔2椭圆形截面长轴长度为1-4mm。所述各燃料喷注孔2椭圆形截面短轴长度为长轴长度的1/4-1倍。每两个相邻燃料喷注孔2中心间距为燃料喷注孔2长轴最大值的2-3倍。
所述燃料喷注孔2迎风轴长度由燃料喷注模块1中心处向两侧方向逐渐增大，从短轴迎风逐渐变化到长轴迎风。
所述燃料喷注孔2长轴与来流方向之间的夹角逐渐递增，所述燃料喷注孔2长轴与来流方向之间的初始夹角为0°，所述燃料喷注孔2长轴与来流方向之间的夹角增量为90°除以燃料喷注模块1单侧燃料喷注孔的数量。
为了保证燃料喷注孔2加工精度以及光洁度，所述燃料喷注孔2采用激光微钻加工。
实施例一
如图1所示，一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，包括燃料喷注模块1，所述燃料喷注模块1设有9个间隔布置的燃料喷注孔2，所述燃料喷注孔2为椭圆形，所述燃料喷注孔2中心连线的延长线与燃烧室中气流来流方向垂直；由燃料喷注模块1中心处向两侧方向分布的燃料喷注孔2迎风轴长度逐渐增加。
所述各燃料喷注孔2椭圆形截面面积相等。
燃料喷注模块1的左侧为燃烧室进气端，为保证燃料喷注孔2的尺寸精度和表面光洁度，所有燃料喷注孔2采用激光微钻加工，燃料喷注孔2迎风轴长度由燃料喷注模块1中心处向两侧方向逐渐缩小，燃料喷注孔2由燃料喷注模块1中心处向两侧方向喷孔布置形式为短轴迎风、短轴迎风、圆孔、长轴迎风、长轴迎风，由燃料喷注模块1中心向两侧方向燃料喷注孔2长轴长度分别为4mm、2.828mm、2mm、1.141mm、1mm，长短轴比分别为4、2、1、2、4，相邻两个燃料喷注孔2中心间距的长度为中心处燃料喷注孔2长轴长度的2.5倍。
本发明借助椭圆形燃料喷注孔2将燃料喷注到燃烧室中，在保持椭圆形燃料喷注孔2面积不变的条件下通过迎风轴长度逐渐增加的方法改变射流和燃烧室中高速来流之间的接触面积，中心处燃料喷注孔2和高速来流接触面积小，向两侧燃料喷注孔2和高速来流之间的接触面积逐渐增大，接触面积越大高速来流对射流沿流向的气动加速作用越强，高速来流对于射流的弯曲作用越明显，射流的穿透深度越小，有效改善了因壁面边界层作用导致的组合喷孔射流穿透深度不一致的问题，使燃料和来流混合更加均匀，在兼顾总压损失的同时提高了燃烧效率。
实施例二
如图3所示，一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，包括燃料喷注模块1，所述燃料喷注模块1设有9个间隔布置的燃料喷注孔2，所述燃料喷注孔2为椭圆形，所述燃料喷注孔2中心连线的延长线与燃烧室中气流来流方向垂直；由燃料喷注模块1中心处向两侧方向分布的燃料喷注孔2长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加。
所述各燃料喷注孔2椭圆形截面面积相等。
所有燃料喷注孔2的几何尺寸相同，燃料喷注孔2长轴长度为3mm，短轴长度为长轴长度的1/2，为保证燃料喷注孔2的尺寸精度和表面光洁度，所有燃料喷注孔2采用激光微钻加工，燃料喷注模块1上中心处燃料喷注孔2的布置方式为短轴迎风，燃料喷注孔2迎风夹角由燃料喷注模块1中心处向两侧方向等角度递增，递增量为22.5°，燃料喷注孔2由燃料喷注模块1中心处向两侧方向迎风夹角分别为0°、22.5°、45°、67.5°、90°。
本发明借助椭圆形燃料喷注孔2将燃料喷注到燃烧室中，在保持椭圆形燃料喷注孔2面积不变的条件下通过长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加的方法改变射流和燃烧室中高速来流之间的接触面积，中心处燃料喷注孔2和高速来流接触面积小，向两侧燃料喷注孔2和高速来流之间的接触面积逐渐增大，接触面积越大高速来流对射流沿流向的气动加速作用越强，高速来流对于射流的弯曲作用越明显，射流的穿透深度越小，有效改善了因壁面边界层作用导致的组合喷孔射流穿透深度不一致的问题，使燃料和来流混合更加均匀，在兼顾总压损失的同时提高了燃烧效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，包括燃料喷注模块（1），所述燃料喷注模块（1）设有一排间隔布置的燃料喷注孔（2），所述燃料喷注孔（2）为椭圆形，所述燃料喷注孔（2）中心连线的延长线与燃烧室中气流来流方向垂直；其特征在于：由燃料喷注模块（1）中心处向两侧方向分布的燃料喷注孔（2）迎风轴长度逐渐增加或者长轴与来流方向之间的夹角逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述各燃料喷注孔（2）椭圆形截面面积相等。
3.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述燃料喷注孔（2）椭圆形截面长轴长度为1-4mm。
4.根据权利要求3所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述各燃料喷注孔（2）椭圆形截面短轴长度为长轴长度的1/4-1倍。
5.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：每两个相邻燃料喷注孔（2）中心间距为燃料喷注孔（2）长轴最大值的2-3倍。
6.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述燃料喷注孔（2）迎风轴长度由燃料喷注模块（1）中心处向两侧方向逐渐增大，从短轴迎风逐渐变化到长轴迎风。
7.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述燃料喷注孔（2）长轴与来流方向之间的夹角逐渐递增，所述燃料喷注孔（2）长轴与来流方向之间的初始夹角为0°。
8.根据权利要求7所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述燃料喷注孔（2）长轴与来流方向之间的夹角增量为90°除以燃料喷注模块（1）单侧燃料喷注孔（2）的数量。
9.根据权利要求1所述的超燃冲压发动机燃料壁面喷注喷孔结构，其特征在于：所述燃料喷注孔（2）采用激光微钻加工。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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