CN205449923U - 用于模拟冲压发动机的燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及冲压发动机技术领域，尤其涉及一种用于模拟冲压发动机的燃烧系统。该用于模拟冲压发动机的燃烧系统包括：燃烧室，用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合，以形成液气混合燃料，并为液气混合燃料提供燃烧和观测空间；点火器，与燃烧室连接，用于使燃烧室内的液气混合燃料燃烧。该用于模拟冲压发动机的燃烧系统能在对吸热型碳氢燃料燃烧特性的检测工作中，在一定程度上模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机工作状态，从而通过该燃烧系统既能检测裂解气燃烧性能，同时也能检测液体燃料的燃烧性能，设备操作简洁方便，安全性高，火焰观察便捷，测温点位较为灵活。

Description

用于模拟冲压发动机的燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及冲压发动机技术领域，尤其涉及一种用于模拟冲压发动机的燃烧系统。

背景技术

飞行马赫数大于5的高超音速飞行器是当代航空航天科学技术的发展前沿。冲压发动机作为高超音速飞行器动力装置，由于苛刻的环境温度需要更大的冷却热沉。目前常规使用的热防护措施，如传统的气膜冷却、改进材质和提供钝化的冷却技术等，对飞行器高温部件的热管理已无法满足要求。采用机械致冷系统或非可燃冷却剂等吸热源可以起到有效冷却作用，但会降低飞行器的载荷性能。从飞行器一体化设计角度出发，可燃冷却剂(即吸热型燃料)是最经济和最有效的吸热源。

在冲压发动机燃料燃烧过程中，对燃烧性能测试的研究十分重要，通过对燃料燃烧特性的监测了解燃料燃烧过程特性以及存在问题，为高性能燃料的开发提供基础数据，也为我国的国防和高、深、空技术提供必要的技术保障。但是目前尚没有合适的装置能对冲压发动机的燃料的燃烧性能进行检测及合理观测，并可以在一定程度上模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机工作状态，特别是在模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机方面尚无合适的设备，以配合燃料燃烧特性的监测工作。

鉴于上述背景技术的缺陷，本实用新型提供了一种用于模拟冲压发动机的燃烧系统。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种用于模拟冲压发动机的燃烧系统，可以在一定程度上模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机工作状态。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于模拟冲压发动机的燃烧系统，包括：

燃烧室，用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合，以形成液气混合燃料，并为所述液气混合燃料提供燃烧和观测空间；

点火器，与所述燃烧室连接，用于使所述燃烧室内的液气混合燃料燃烧。

进一步的，所述燃烧室包括：

腔体，包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设有第一空气进口，以将空气引入所述第一腔室内，并均匀的通入所述第二腔室内，所述第二腔室用于为所述液气混合燃料的燃烧提供燃烧和观测空间；

液相燃料通道，一端设有液相燃料进口，另一端设有液相燃料出口，所述液相燃料出口设置于第二腔室内，且设有液体雾化器，所述液相燃料进口与第二腔室之间还连通有第二空气进口；

裂解气通道，一端设有裂解气进口，另一端设有裂解气出口，所述裂解气出口设置于第二腔室内，且与所述液相燃料出口对应设置，以使所述裂解气与液相燃料混合均匀。

进一步的，所述腔体通过空气分布器分隔为第一腔室和第二腔室。

进一步的，所述空气分布器上设有两个中心对称设置的安装孔，两个所述安装孔分别用于安装所述液相燃料通道和裂解气通道，两个所述安装孔之间还设有若干个透气孔，若干个所述透气孔以空气分布器的中心轴为中心均匀分布。

进一步的，所述液体雾化器包括外壳和内管，所述外壳的一端设有雾化喷嘴，另一端套装于所述内管外，所述内管内的一端用于通入所述液相燃料，另一端与所述雾化喷嘴连通；所述外壳和内管之间还设有用于通入空气的第三空气进口，所述第三空气进口与第二空气进口连通。

进一步的，所述裂解气出口处设有裂解气喷嘴，所述裂解气喷嘴的一端用于通入所述裂解气，另一端设有将裂解气喷出的气体出口。

进一步的，还包括热偶测试口，所述热偶测试口均匀的分布于所述液相燃料通道和裂解气通道的两侧。

进一步的，所述点火器的一端连接有变压器，另一端连接有电极。

进一步的，所述燃烧室对应的设置有红外成像仪和高速摄像机，所述红外成像仪和高速摄像机均用于观测所述燃烧室内的液气混合燃料的燃烧状态。

进一步的，所述红外成像仪和高速摄像机分别设置于所述燃烧室的两侧，且所述高速摄像机与点火器连接。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：本实用新型的用于模拟冲压发动机的燃烧系统包括：燃烧室，用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合，以形成液气混合燃料，并为液气混合燃料提供燃烧和观测空间；点火器，与燃烧室连接，用于使燃烧室内的液气混合燃料燃烧。该用于模拟冲压发动机的燃烧系统能在对吸热型碳氢燃料燃烧特性的检测工作中，在一定程度上模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机工作状态，从而通过该燃烧系统既能检测裂解气燃烧性能，同时也能检测液体燃料的燃烧性能，设备操作简洁方便，安全性高，火焰观察便捷，测温点位较为灵活。

附图说明

图1为本实用新型实施例的燃烧系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的液体雾化器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的裂解气喷嘴的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的空气分布器的结构示意图。

其中，100、燃烧系统；101、燃烧室；110、空气分布器；111、安装孔；112、透气孔；120、第一空气进口；130、液相燃料通道；140、裂解气通道；141、裂解气喷嘴；150、热偶测试口；160、液体雾化器；161、外壳；162、内管；163、雾化喷嘴；164、第三空气进口；170、第二空气进口；180、视窗；190、点火器；191、变压器；192、电极；310、红外成像仪；320、高速摄像机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1～图4中的箭头表示对应物料的流向。

本实施例提供的用于模拟冲压发动机的燃烧系统100，能应用于冲压发动机燃料燃烧性能测试装置中，该测试装置主要用于吸热型碳氢燃料燃烧特性的检测。该燃烧系统100包括：燃烧室101，用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合，以形成液气混合燃料，并为液气混合燃料提供燃烧和观测空间；点火器190，与燃烧室101连接，用于使燃烧室内的液气混合燃料燃烧。该用于模拟冲压发动机的燃烧系统100能在对吸热型碳氢燃料燃烧特性的检测工作中，在一定程度上模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机工作状态，从而通过该燃烧系统100既能检测裂解气燃烧性能，同时也能检测液体燃料的燃烧性能，设备操作简洁方便，安全性高，火焰观察便捷，测温点位较为灵活。

具体的，本实施例的燃烧系统100包括燃烧室101和点火器190。

燃烧室101用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合形成液气混合燃料，并为液气混合燃料提供燃烧和观测空间；其中，气相燃料为经由裂解系统裂解后的裂解气，液相燃料为液态高能燃料或丙烯，燃烧氧化剂为减压后的压缩空气。

如图1所示，为保证燃烧室101内的液相燃料的雾化效果，并使雾化后的液相燃料与气相燃料充分混合，以保证燃烧效果，便于观测，本实施例的燃烧室101包括腔体、液相燃料通道130、裂解气通道140和热偶测试口150。

本实施例的腔体通过空气分布器110分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室设有第一空气进口120，以将空气引入第一腔室内，并经过空气分布器110均匀的通入第二腔室内，以空气为燃烧氧化剂，空气分布器110保证了第二腔室内的燃烧氧化剂的含量均匀，从而保证通入到第二腔室内的液气混合燃料的燃烧更加充分。

第二腔室用于为液气混合燃料的燃烧提供燃烧和观测空间。在第二腔室的侧壁上轴对称的设有至少两个视窗180，视窗180设置于可直接观测到第二腔室内的液气混合燃料的燃烧火焰所在对应位置，以便直接观测并采集火焰数据。第二腔室内还布设有若干个火焰检测器，用于检测火焰燃烧状态。

本实施例的液相燃料通道130的一端设有液相燃料进口，优选液相燃料进口设置于第一腔室的端部，液相燃料通道130的另一端设有液相燃料出口，液相燃料出口设置于第二腔室内，在液相燃料出口处设有液体雾化器160，用于将通入液相燃料通道130的液相燃料雾化后均匀喷入第二腔室内，以使雾化后的液相燃料能与喷入第二腔室内的气相燃料充分均匀的混合，从而保证液气混合燃料的燃烧效率和效果，通过调整液相燃料的通入量、频率和温度，可以监测液相燃料的燃烧性能。为了保证液相燃料的雾化效果，在液相燃料进口与第二腔室之间还连通有第二空气进口170，以将空气引入液体雾化器160内。

为了保证液相燃料具有良好的可控的燃烧效率和效果，如图2所示，本实施例的液体雾化器160包括外壳161和内管162，外壳161的一端设有雾化喷嘴163，另一端套装于内管162外，内管162内的一端用于通入液相燃料，另一端与雾化喷嘴163连通；外壳161和内管162之间还设有用于通入空气的第三空气进口164，第三空气进口164与第二空气进口170连通，通入内管162的液相燃料与通入外壳161和内管162之间的空气在雾化喷嘴163处混合后，由雾化喷嘴163雾化并喷入到第二腔室内。

本实施例的裂解气通道140的一端设有裂解气进口，另一端设有裂解气出口，裂解气出口设置于第二腔室内，且与液相燃料出口对应设置，即裂解气出口与液相燃料出口位置优选处于同一平面上，该平面优选与腔体轴线垂直，以使裂解气与液相燃料混合均匀，确保混合后的液气混合燃料的燃烧更加充分可靠，便于观测燃烧火焰并检测燃烧性能。

为了保证气相燃料具有良好的可控的燃烧效率和效果，如图3所示，本实施例的裂解气出口处设有裂解气喷嘴141，裂解气喷嘴141的一端用于通入裂解气，另一端设有将裂解气喷出的气体出口。

为了保证混合后的液气混合燃料的燃烧充分可靠，可控性强，优选将液体雾化器160的雾化喷嘴163与裂解气喷嘴141的气体出口设置于同一平面上，且该平面优选与腔体轴线垂直，以使裂解气与液相燃料混合均匀。

为了保证通入第二腔室内的空气分布均匀，确保液气混合燃料的燃烧充分，如图4所示，本实施例的空气分布器110上设有两个中心对称设置的安装孔111，两个安装孔111分别用于安装液相燃料通道130和裂解气通道140，两个安装孔111之间还设有若干个透气孔112，若干个透气孔112以空气分布器110的中心轴为中心均匀分布，以使空气通过透气孔112均匀的流入第二腔室内。

本实施例的热偶测试口150用于插入热偶以便于对液相燃料和裂解气的燃料温度进行监控，热偶测试口150均匀的分布于液相燃料通道130和裂解气通道140的两侧。

本实施例中，燃烧室101对应的设置有红外成像仪310和高速摄像机320，红外成像仪310和高速摄像机320均用于观测燃烧室101内的液气混合燃料的燃烧状态。

本实施例的点火器190分别与燃烧室101和高速摄像机320连接，且用于监测并控制燃烧室101内的液气混合燃料的燃烧；点火器190的一端连接有变压器191，另一端连接有电极192，且点火器190通过延时控制与高速摄像机320连接，当高速摄像机320开始进行数据采集工作时，点火器190可以根据高速摄像机320的要求，控制燃烧室101内的液相燃料和气相燃料的混合情况，从而控制液气混合燃料的点燃时间和效果，同时红外成像仪310可以配合高速摄像机320对火焰进行成像处理。

为了便于红外成像仪310和高速摄像机320能实时对燃烧室101内的液气混合燃料的燃烧状态进行监控，优选燃烧室101的视窗180轴对称的分布于第二腔室的外壁上，且与第二腔室内的液体雾化器160的雾化喷嘴163和裂解气喷嘴141的气体出口处相对设置，以便能直观的观测到液气混合燃料的燃烧火焰；将红外成像仪310和高速摄像机320分别设置于两个视窗180外，可以通过视窗180直接对燃烧火焰进行采集拍摄。

红外成像仪310和高速摄像机320还分别连接有图像处理系统，通过图像处理系统可以将采集到的燃烧数据进行数据分析并成像，以便于后续对液相燃料、气相燃料及混合后的液气混合燃料的燃料燃烧性能分别进行分析。

本实施例的燃烧系统100还连接有能为燃烧系统提供气相燃料、液相燃料和燃烧氧化剂的裂解系统，裂解系统的气相燃料进料管路内的气相燃料通过裂解反应器发生裂解反应形成裂解气，裂解气通过裂解进料管路进入燃烧室101的第二腔室内；液相燃料进料管路与燃烧室101的液相燃料进口连通，为燃烧室101的第二腔室内提供液相燃料；空气进料管路内的空气与燃烧室101的第一腔室上的第一空气进口120连通，为燃烧室101的第一腔室内提供空气，从而使第二腔室内通入均匀的空气作为燃烧氧化剂。

该燃烧系统的液体雾化器160结构如图2所示，优选雾化喷嘴163的孔径为0.2mm～3mm；裂解气喷嘴141结构如图3所示，优选裂解气喷嘴141的气体出口的孔径为0.2mm～3mm；空气分布器110结构如图4所示，外边缘优选为齿轮状。优选裂解气喷嘴141的气体出口与液体雾化器160的雾化喷嘴163末端垂直对齐。热偶测试口150自裂解气喷嘴141末端沿燃烧室101轴向方向均匀分布，间距为5-10mm。

空气沿空气进料管路通过第一空气进口120进入燃烧室101的第一腔室内，然后经过空气分布器110均匀通入第二腔室内。

裂解气经裂解进料管路进入裂解气通道，由裂解气喷嘴141进入燃烧室101的第二腔室，与由空气分布器110分布后的空气混合，经点火器190在线点火或离线点火进行燃烧。

以丙烯或高能燃料作为液相燃料，经液相燃料进料管路进入液相燃料通道，与由第二空气进口170和第三空气进口164进入液体雾化器160的空气混合，经液体雾化器160雾化后由雾化喷嘴163直接进入燃烧室101，与由空气分布器110分布后的空气混合，经点火器190在线点火或离线点火进行燃烧。

高速摄像机320和红外成像仪310透过燃烧室101的视窗180拍摄并采集火焰数据。

综上所述，本实施例的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，包括：燃烧室，用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合，以形成液气混合燃料，并为液气混合燃料提供燃烧和观测空间；点火器，与燃烧室连接，用于使燃烧室内的液气混合燃料燃烧。该用于模拟冲压发动机的燃烧系统能在对吸热型碳氢燃料燃烧特性的检测工作中，在一定程度上模拟高超飞行器动力装置的超燃冲压发动机工作状态，从而通过该燃烧系统既能检测裂解气燃烧性能，同时也能检测液体燃料的燃烧性能，设备操作简洁方便，安全性高，火焰观察便捷，测温点位较为灵活。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，包括：

燃烧室，用于将液相燃料雾化后与气相燃料混合，以形成液气混合燃料，并为所述液气混合燃料提供燃烧和观测空间；

点火器，与所述燃烧室连接，用于使所述燃烧室内的液气混合燃料燃烧。

2.根据权利要求1所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧室包括：

腔体，包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设有第一空气进口，以将空气引入所述第一腔室内，并均匀的通入所述第二腔室内，所述第二腔室用于为所述液气混合燃料的燃烧提供燃烧和观测空间；

液相燃料通道，一端设有液相燃料进口，另一端设有液相燃料出口，所述液相燃料出口设置于第二腔室内，且设有液体雾化器，所述液相燃料进口与第二腔室之间还连通有第二空气进口；

裂解气通道，一端设有裂解气进口，另一端设有裂解气出口，所述裂解气出口设置于第二腔室内，且与所述液相燃料出口对应设置，以使所述裂解气与液相燃料混合均匀。

3.根据权利要求2所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述腔体通过空气分布器分隔为第一腔室和第二腔室。

4.根据权利要求3所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述空气分布器上设有两个中心对称设置的安装孔，两个所述安装孔分别用于安装所述液相燃料通道和裂解气通道，两个所述安装孔之间还设有若干个透气孔，若干个所述透气孔以空气分布器的中心轴为中心均匀分布。

5.根据权利要求2所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述液体雾化器包括外壳和内管，所述外壳的一端设有雾化喷嘴，另一端套装于所述内管外，所述内管内的一端用于通入所述液相燃料，另一端与所述雾化喷嘴连通；所述外壳和内管之间还设有用于通入空气的第三空气进口，所述第三空气进口与第二空气进口连通。

6.根据权利要求2所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述裂解气出口处设有裂解气喷嘴，所述裂解气喷嘴的一端用于通入所述裂解气，另一端设有将裂解气喷出的气体出口。

7.根据权利要求2所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，还包括热偶测试口，所述热偶测试口均匀的分布于所述液相燃料通道和裂解气通道的两侧。

8.根据权利要求1所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述点火器的一端连接有变压器，另一端连接有电极。

9.根据权利要求1所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述燃烧室对应的设置有红外成像仪和高速摄像机，所述红外成像仪和高速摄像机均用于观测所述燃烧室内的液气混合燃料的燃烧状态。

10.根据权利要求9所述的用于模拟冲压发动机的燃烧系统，其特征在于，所述红外成像仪和高速摄像机分别设置于所述燃烧室的两侧，且所述高速摄像机与点火器连接。