CN115628466A - 一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,包括超声速燃烧室,所述超声速燃烧室的内壁设置有支板主体,所述支板主体的内壁设置有氧气内流道和燃油内流道,所述氧气内流道用于输送氧气,所述燃油内流道用于输送燃油,所述支板主体的一侧内壁设置有多个氧气喷孔,多个所述氧气喷孔与氧气内流道相连,所述支板主体的另一侧内壁设置有多个燃油喷孔,多个所述燃油喷孔与燃油内流道相连,所述支板主体整体采用大后掠设计,本发明公开的适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板具有降低支板产生的阻力及前缘的热负荷,在一定程度上提高超燃冲压发动机的净推力,降低支板被烧蚀的风险的效果。
Description
技术领域
本发明涉及超燃冲压发动机技术领域,尤其涉及一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板。
背景技术
高超声速飞行器是国家向军事强国发展的重大战略需求和重要战略保障,其对于掌握现代化战争中的制空权和制天权具有及其重要的意义。随着航空宇航技术的发展及飞行器对高巡航马赫数及高性能的需求,超燃冲压发动机应运而生,被誉为能实现高超声速飞行的最佳吸气式动力装置。
对于基于无后掠支板喷注及稳燃的超燃冲压发动机来说,当其飞行马赫数达到高超声速(Ma>5)时,虽然可以保证良好的推进性能,但高速来流的冲击作用也会使支板面临诸多问题。一方面较大的总压损失和阻力损失会在一定程度上影响发动机的净推力,另一方面支板前缘尖端的滞止作用会使得该处热载荷极高,导致其被烧蚀。支板产生的阻力可以分为两部分,即压差阻力和摩擦阻力,其中压差阻力是由于支板前缘附近气流经斜激波压缩产生的局部高压区与支板尾部气流经膨胀作用、粘性损失及总压损失等作用产生的局部低压区之间的压力差造成的,而摩擦阻力则是由于支板壁面无法做到绝对光滑而产生的。由于当前支板主要通过前缘进行燃油喷注,燃油会附着在支板侧壁流动形成油膜,这大大降低了摩擦阻力,因此摩擦阻力可忽略不计。此外,有研究表明,当飞行马赫数达到8时,不同钝化程度的无后掠支板前缘驻点温度均会达到2800K以上,显然单纯依靠热防护进行措施很难保证支板不被烧蚀。综上所述,如果可以通过改变支板构型,从气动角度上降低支板前缘斜激波的强度,则会对支板的减阻、减热载荷需求产生较大的帮助。
为降低支板产生的阻力及前缘的热负荷,在一定程度上提高超燃冲压发动机的净推力,降低支板被烧蚀的风险,在保证点火条件的前提下,我们提出一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板。
发明内容
本发明公开一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,旨在解决如何在一定程度上提高超燃冲压发动机的净推力,降低支板被烧蚀的风险的技术问题。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,包括超声速燃烧室,所述超声速燃烧室的内壁设置有支板主体,所述支板主体的内壁设置有氧气内流道和燃油内流道,所述氧气内流道用于输送氧气,所述燃油内流道用于输送燃油,所述支板主体的一侧内壁设置有多个氧气喷孔,多个所述氧气喷孔与氧气内流道相连,所述支板主体的另一侧内壁设置有多个燃油喷孔,多个所述燃油喷孔与燃油内流道相连,所述支板主体整体采用大后掠设计,且其后掠角度以支板主体前缘尖端的法向马赫数略小于1为标准而设计。
通过支板主体整体采用大后掠设计进行构型,削弱激波强度,降低激波后支板前缘附近的静温和静压,进而减小支板前后的压差,降低压差阻力,进一步降低支板产生的压差阻力和支板前缘的热负荷,提高超燃冲压发动机的整体性能,且支板主体在没有向超声速燃烧室中引入复杂的机械结构的前提下,在一定程度上提高了超燃冲压发动机的净推力,降低了支板前缘被烧蚀的风险。
在一个优选的方案中,所述支板主体的尾部包括有六级垂直台阶,且每级台阶的尺寸相同,多个所述氧气喷孔设置在支板主体的尾缘两侧中心处,且按每侧12个进行分布,所述支板主体的每级台阶上分别分布有4个,多个所述燃油喷孔设置在支板主体的前缘两侧中心处,且按每侧12个进行分布,并与多个氧气喷孔的位置相对应。
通过在支板主体的尾部布置级垂直台阶,且每级台阶的尺寸相同,从而通过构建局部低速回流区,以解决支板前缘激波强度较弱对主流压缩不足而引起的支板尾部流速过高的问题,为点火提供低速条件,从而保证点火成功率。
在一个优选的方案中,所述支板主体的底端外壁固定连接有支板底座,所述支板主体通过支板底座固定在超声速燃烧室的内壁,所述燃油内流道的底端内壁固定连接有燃油管路,所述氧气内流道的底端内壁固定连接有氧气管路,所述氧气内流道包括氧气主流道和多个氧气分流道,单个所述氧气主流道同时与多个氧气分流道相连,多个所述氧气分流道与多个氧气喷孔相连,所述燃油内流道包括燃油主流道和多个燃油分流道,单个所述燃油主流道同时与多个燃油分流道相连,多个所述燃油分流道与多个燃油喷孔相连,所述燃油主流道的底端内壁设置有燃油进口,所述燃油进口与燃油管路相连,所述氧气主流道的底端内壁设置有氧气进口,所述氧气进口与氧气管路相连。
通过将燃油内流道分为燃油主流道和多个燃油分流道,用于向超声速燃烧室喷注燃油,喷注过程中需保证喷注压力略大于燃烧室内压力,通过设置的多个燃油分流道便于控制喷注压力,且通过燃油分流道所连接的燃油喷孔的喷射方向,使燃油可以沿支板主体侧壁面流动形成油膜,降低支板主体的摩擦阻力。
由上可知,一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,包括超声速燃烧室,所述超声速燃烧室的内壁设置有支板主体,所述支板主体的内壁设置有氧气内流道和燃油内流道,所述氧气内流道用于输送氧气,所述燃油内流道用于输送燃油,所述支板主体的一侧内壁设置有多个氧气喷孔,多个所述氧气喷孔与氧气内流道相连,所述支板主体的另一侧内壁设置有多个燃油喷孔,多个所述燃油喷孔与燃油内流道相连,所述支板主体整体采用大后掠设计,且其后掠角度以支板主体前缘尖端的法向马赫数略小于1为标准而设计。本发明提供的适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板具有降低支板产生的阻力及前缘的热负荷,在一定程度上提高超燃冲压发动机的净推力,降低支板被烧蚀的风险的技术效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板的安装结构示意图。
图2为本发明提出的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板的整体结构示意图。
图3为本发明提出的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板的沿氧气喷孔中心平面的剖面俯视图。
图4为本发明提出的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板的截面图。
图中:1、超声速燃烧室;2、支板主体;3、支板底座;4、燃油管路;5、氧气管路;6、燃油喷孔;7、氧气喷孔;8、氧气主流道;9、氧气分流道;10、燃油主流道;11、燃油分流道;12、燃油进口;13、氧气进口。
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。
本发明公开的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板主要应用于超高速燃烧的场景。
参照图1-图4,一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,包括超声速燃烧室1,超声速燃烧室1的内壁设置有支板主体2,支板主体2的内壁设置有氧气内流道和燃油内流道,氧气内流道用于输送氧气,燃油内流道用于输送燃油,支板主体2的一侧内壁设置有多个氧气喷孔7,多个氧气喷孔7与氧气内流道相连,支板主体2的另一侧内壁设置有多个燃油喷孔6,多个燃油喷孔6与燃油内流道相连,支板主体2整体采用大后掠设计,且其后掠角度以支板主体2前缘尖端的法向马赫数略小于1为标准而设计,其中支板主体2整体采用大后掠设计进行构型,削弱激波强度,降低激波后支板前缘附近的静温和静压,进而减小支板前后的压差,降低压差阻力,进一步降低支板产生的压差阻力和支板前缘的热负荷,提高超燃冲压发动机的整体性能,且支板主体2在没有向超声速燃烧室1中引入复杂的机械结构的前提下,在一定程度上提高了超燃冲压发动机的净推力,降低了支板前缘被烧蚀的风险。
参照图1和图2,在一个优选的实施方式中,支板主体2的尾部包括有六级垂直台阶,且每级台阶的尺寸相同,通过在支板主体2的尾部布置6级垂直台阶,且每级台阶的尺寸相同,从而通过构建局部低速回流区,以解决支板前缘激波强度较弱对主流压缩不足而引起的支板尾部流速过高的问题,为点火提供低速条件,从而保证点火成功率。
参照图2和图4,在一个优选的实施方式中,多个氧气喷孔7设置在支板主体2的尾缘两侧中心处,且按每侧12个进行分布,支板主体2的每级台阶上分别分布有4个。
参照图2和图4,在一个优选的实施方式中,多个燃油喷孔6设置在支板主体2的前缘两侧中心处,且按每侧12个进行分布,并与多个氧气喷孔7的位置相对应。
参照图1,在一个优选的实施方式中,支板主体2的底端外壁固定连接有支板底座3,支板主体2通过支板底座3固定在超声速燃烧室1的内壁,燃油内流道的底端内壁固定连接有燃油管路4,氧气内流道的底端内壁固定连接有氧气管路5。
参照图3和图4,在一个优选的实施方式中,氧气内流道包括氧气主流道8和多个氧气分流道9,单个氧气主流道8同时与多个氧气分流道9相连,多个氧气分流道9与多个氧气喷孔7相连。
参照图3和图4,在一个优选的实施方式中,燃油内流道包括燃油主流道10和多个燃油分流道11,单个燃油主流道10同时与多个燃油分流道11相连,多个燃油分流道10与多个燃油喷孔6相连,通过将燃油内流道分为燃油主流道10和多个燃油分流道11,用于向超声速燃烧室1喷注燃油,喷注过程中需保证喷注压力略大于燃烧室内压力,通过设置的多个燃油分流道11便于控制喷注压力,且通过燃油分流道11所连接的燃油喷孔6的喷射方向,使燃油可以沿支板主体2侧壁面流动形成油膜,降低支板主体2的摩擦阻力。
参照图1和图4,在一个优选的实施方式中,燃油主流道10的底端内壁设置有燃油进口12,燃油进口12与燃油管路4相连,氧气主流道8的底端内壁设置有氧气进口13,氧气进口13与氧气管路5相连。
工作原理:使用时,首先通过支板底座3在超声速燃烧室1中对支板主体2进行安装,其中支板底座3的顶端外壁与超声速燃烧室1的底端内壁面齐平,再分别通过氧气内流道及燃油内流道分别输送氧气和燃油,并通过设置在支板主体2尾缘中心处的氧气喷孔7,用于向超声速燃烧室1主燃烧区补入氧气,从而实现超声速燃烧室1内的稳定燃烧,通过设置在支板主体前缘中心处的燃油喷孔6,用于向超声速燃烧室1喷注燃油,通过控制其喷注压力略大于超声速燃烧室1内压力,使燃油可以沿支板主体2侧壁面流动,从而形成油膜降低支板主体2的摩擦阻力,同时支板主体2整体采用大后掠角设计,后掠角度满足使支板前缘法向马赫数略小于1,从而削弱激波强度,降低激波后支板主体2前缘附近的静温和静压,进而减小支板主体2前后的压差,降低压差阻力,支板主体2尾部采用垂直台阶设计,通过构建局部低速回流区,以解决支板主体2前缘激波强度较弱对主流压缩不足而引起的支板主体2尾部流速过高的问题,为点火提供低速条件,从而保证点火成功率。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,包括超声速燃烧室(1),其特征在于,所述超声速燃烧室(1)的内壁设置有支板主体(2),所述支板主体(2)的内壁设置有氧气内流道和燃油内流道,所述氧气内流道用于输送氧气,所述燃油内流道用于输送燃油,所述支板主体(2)的一侧内壁设置有多个氧气喷孔(7),多个所述氧气喷孔(7)与氧气内流道相连,所述支板主体(2)的另一侧内壁设置有多个燃油喷孔(6),多个所述燃油喷孔(6)与燃油内流道相连,所述支板主体(2)整体采用大后掠设计,且其后掠角度以支板主体(2)前缘尖端的法向马赫数略小于1为标准而设计。
2.根据权利要求1所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,所述支板主体(2)的尾部包括有六级垂直台阶,且每级台阶的尺寸相同。
3.根据权利要求2所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,多个所述氧气喷孔(7)设置在支板主体(2)的尾缘两侧中心处,且按每侧12个进行分布,所述支板主体(2)的每级台阶上分别分布有4个。
4.根据权利要求3所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,多个所述燃油喷孔(6)设置在支板主体(2)的前缘两侧中心处,且按每侧12个进行分布,并与多个氧气喷孔(7)的位置相对应。
5.根据权利要求1所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,所述支板主体(2)的底端外壁固定连接有支板底座(3),所述支板主体(2)通过支板底座(3)固定在超声速燃烧室(1)的内壁,所述燃油内流道的底端内壁固定连接有燃油管路(4),所述氧气内流道的底端内壁固定连接有氧气管路(5)。
6.根据权利要求3所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,所述氧气内流道包括氧气主流道(8)和多个氧气分流道(9),单个所述氧气主流道(8)同时与多个氧气分流道(9)相连,多个所述氧气分流道(9)与多个氧气喷孔(7)相连。
7.根据权利要求4所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,所述燃油内流道包括燃油主流道(10)和多个燃油分流道(11),单个所述燃油主流道(10)同时与多个燃油分流道(11)相连,多个所述燃油分流道(10)与多个燃油喷孔(6)相连。
8.根据权利要求7所述的一种适用于超声速燃烧室的低阻低热负荷大后掠支板,其特征在于,所述燃油主流道(10)的底端内壁设置有燃油进口(12),所述燃油进口(12)与燃油管路(4)相连,所述氧气主流道(8)的底端内壁设置有氧气进口(13),所述氧气进口(13)与氧气管路(5)相连。
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