CN208416745U - 一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，包括进气道、隔离段、燃烧室和超声速喷管，在其燃烧室内布置有供热射流管内热射流喷出的热射流孔，在热射流孔的前、后方燃烧室的内壁上开设有若干抽吸孔，所有抽吸孔均通过管路与一抽吸泵联通。采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，通过抽吸泵以及抽吸孔采用抽吸的方式对燃烧室内边界层的气流进行抽吸，同时喷入热射流实现爆震起爆。本实用新型在爆震起爆时，开启抽吸泵，通过抽吸孔抽吸燃烧室内边界层低速区域的气流，抑制了起爆爆震波和边界层相互作用发生燃烧波前传，消除了边界层对爆震波的起爆的影响，使得爆震波能够在燃烧室中实现动态稳定传播。

Description

一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机

技术领域

本实用新型涉及超声速气流中爆震波自持传播控制技术领域，具体涉及一种实现超声速气流中实现爆震波动态稳定自持传播的超燃冲压发动机，为实现爆震发动机中完全爆震燃烧提供一种可行设计方案。

背景技术

超燃冲压发动机(Scramjet)在高马赫(Ma>5)飞行条件下性能优良，已经成为高超声速飞行器推进***的首选方案。然而，结合当前的研究以及美国X-51A飞行试验可以得知，超燃冲压发动机验证机的加速性能并不明显，净推力偏小。因此，基于当前研究，迫切需要改善发动机推力性能。超燃冲压发动机按照布莱顿(Brayton)等压燃烧循环设计，其热力循环效率远低于近似等容循环的爆震燃烧。因而如果能够在超声速气流中实现爆震燃烧，即使是局部爆震燃烧，发动机的推力性能极有可能获得大幅提升。

超燃冲压发动机已经逐渐走向工程应用，但是基于爆震燃烧的新型超燃冲压发动机概念设计目前还没有见诸报道。利用超燃冲压发动机相对成熟的工程化经验，在燃烧室中采用爆震燃烧替换等压燃烧模式，相对于其它类型爆震发动机而言能够尽快实现基于爆震燃烧发动机。韩旭等人，蔡晓东等人，梁剑寒等人和陈伟强等人开展过超声速气流中采用热射流实现爆震起爆的实验和数值模拟研究，有助于加深对燃烧室超声速气流中爆震起爆的认识。这些基础研究中均采用一个独立供应燃料和氧化剂的热射流管进行热射流喷注与点火起爆，没有考虑具体的发动机应用实现。此外，对于超声速气流中爆震的动态稳定控制，蔡晓东等人开展过数值模拟研究，证明了热射流喷注一定程度上能够实现超声速气流中爆震的的动态稳定控制功能，不过不涉及具体的热射流控制方法实现。

现有技术中，爆震基发动机燃烧室中边界层的影响十分明显，在热射流点火起爆爆震燃烧波过程中，激波和边界层发生相互作用，使得起爆强度减弱，起爆后的爆震波由于边界层的影响发生前传，严重影响爆震波的有效利用，降低发动机的推力性能。

实用新型内容

针对背景技术中存在的缺陷，本实用新型提出了一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机。本实用新型针对爆震基的超燃冲压发动机，对热射流起爆爆震波的结构方案进行优化，实现爆震波的有效起爆和驻定。

一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，包括进气道、隔离段、燃烧室和超声速喷管，在其燃烧室内布置有供热射流管内热射流喷出的热射流孔，在热射流孔的前、后方燃烧室的内壁上开设有若干抽吸孔，所有抽吸孔均通过管路与一抽吸泵联通。

采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，通过抽吸泵以及抽吸孔采用抽吸的方式对燃烧室内边界层的气流进行抽吸，同时喷入热射流实现爆震起爆。本实用新型通过在燃烧室的内壁面上开设抽吸孔，在爆震起爆时，开启抽吸泵，通过抽吸孔抽吸燃烧室内边界层低速区域的气流，抑制了起爆爆震波和边界层相互作用发生燃烧波前传，消除了边界层对爆震波的起爆的影响，使得爆震波能够在燃烧室中实现动态稳定传播。

进一步地，本实用新型中：在飞行过程中，可以根据超声速来流速度的大小，调整进气道预混气的当量比，保证爆震波的CJ爆震燃烧速度和超声速来流速度相等。

进一步地，本实用新型中：采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，可以根据超声速来流速度的大小，确定抽吸泵抽吸的强度。

本实用新型中：热射流管的氧化剂为空气，通过在进气道的上游壁面上开设供空气进入的进气孔，其中进气孔在进气道燃料喷注孔的上游(即进气孔的位置在燃料喷注孔之上)。进气孔通过进气通道连接至热射流管；热射流管的燃烧剂采用飞行器上携带的燃料；氧化剂和燃烧剂在热射流管内进行混合后点火经热射流孔喷出，实现热射流生成。

本实用新型中，进气道的上游壁面上设置有进气道燃料喷注孔。进气道燃料喷注孔设置在进气道的上游，可以有效增加燃料与经过激波压缩后的超声速空气来流之间的混合距离与时间。在进气道中燃料与经过激波压缩后的超声速来流形成超声速预混来流，超声速预混来流经进气道、隔离段进入燃烧室，热射流喷入燃烧室后在超声速预混来流中诱导形成弓形激波，从而起爆超声速预混气，形成驻定的爆震燃烧波。爆震燃烧波后气体的压力温度升高，进入超声速喷管，产生推力。

进一步地，本实用新型所述的抽吸孔的孔径是热射流孔孔径的1/10左右。

进一步地，本实用新型所述抽吸孔呈等间距阵列分布在燃烧室的内壁上。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型在壁面抽吸的等直管道燃烧室中，采用热射流诱导爆震起爆，超声速来流中爆震波过驱传播，抽吸加速波后产物膨胀，降低波后反压，爆震波过驱度降低最终实现动态稳定自持传播。本实用新型通过热射流与抽吸的相互作用最终实现爆震波动态稳定，从而避免多次起爆以及爆震熄爆，对于实现超声速气流中爆震的燃烧控制尤为重要。

本实用新型提出通过热射流与抽吸的相互作用排除了边界层的影响，实现爆震波的有效起爆和驻定，有效地产生推力，提升发动机整体推力性能。

附图说明

图1为基于爆震燃烧的超燃冲压发动机的结构示意图；

图中：

1、进气道；2、隔离段；3、燃烧室；4、超声速喷管；5、进气道燃料喷注孔；6、热射流孔；7、抽吸孔。

图2为带抽吸作用的超声速热射流起爆方式的爆震燃烧室示意图

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型在基于爆震燃烧的新型超燃冲压发动机中，通过抽吸和热射流起爆可以实现超声速可燃气在燃烧室有效起爆，保证爆震波的驻定，从而最终实现稳定的推力性能。

参照图1和图2，图1为基于爆震燃烧的新型超燃冲压发动机的结构示意图，图2为带抽吸作用的超声速热射流起爆方式的爆震燃烧室示意图。基于爆震燃烧的新型超燃冲压发动机主要包括进气道1、隔离段2、燃烧室3和超声速喷管4，在燃烧室3内布置有供热射流管内热射流喷出的热射流孔6，在热射流孔6的前、后方燃烧室的内壁上开设有若干抽吸孔7，所有抽吸孔7均通过管路与一抽吸泵联通(图中未示出)，保证抽吸同时且可靠的进行。其中：抽吸孔7的孔径是热射流孔6孔径的1/10左右。所述抽吸孔呈7等间距阵列分布在燃烧室3的内壁上。

在飞行过程中，可以根据超声速来流速度的大小，调整进气道预混气的当量比，保证爆震波的CJ爆震燃烧速度和超声速来流速度相等。

采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，可以根据超声速来流速度的大小，确定抽吸泵抽吸的强度。通过抽吸泵以及抽吸孔采用抽吸的方式对燃烧室内边界层的气流进行抽吸，同时喷入热射流实现爆震起爆。本实用新型通过在燃烧室的内壁面上开设抽吸孔，在爆震起爆时，开启抽吸泵，通过抽吸孔抽吸燃烧室内边界层低速区域的气流，抑制了起爆爆震波和边界层相互作用发生燃烧波前传，消除了边界层对爆震波的起爆的影响，使得爆震波能够在燃烧室中实现动态稳定传播。

本实用新型中：热射流管的氧化剂为空气，通过在进气道的上游壁面上开设供空气进入的进气孔(图中未示出)，进气孔通过进气通道连接至热射流管；热射流管的燃烧剂采用飞行器上携带的燃料；氧化剂和燃烧剂在热射流管内进行混合后点火经热射流孔喷出，实现热射流生成。

进气道燃料喷注孔5设置在进气道1的上游，可以有效增加燃料与经过激波压缩后的超声速空气来流之间的混合距离与时间。在进气道中燃料与经过激波压缩后的超声速来流形成超声速预混来流，超声速预混来流经进气道、隔离段进入燃烧室，热射流喷入燃烧室后在超声速预混来流中诱导形成弓形激波，从而起爆超声速预混气，形成驻定的爆震燃烧波。爆震燃烧波后气体的压力温度升高，进入超声速喷管，产生推力。

本实用新型首先在进气道的上游壁面上进行燃料喷注，同超声速空气来流进行混合；同时根据飞行器前端的空速管(常规设置)所测的来流速度，从而确定出需要抽吸的强度，通过抽吸泵以及抽吸孔对燃烧室的壁面气流进行抽吸；同时根据来流状况通过热射流的主动控制实现爆震波在燃烧室中的相对动态稳定燃烧。

本实用新型在基于爆震燃烧的超燃冲压发动机中通过抽吸边界层实现射流起爆爆震燃烧室，能够在超燃冲压发动机的燃烧中实现高效起爆爆震波和实现爆震波的驻定，提升发动机推力性能。

综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：包括进气道、隔离段、燃烧室和超声速喷管，在其燃烧室内布置有供热射流管内热射流喷出的热射流孔，在热射流孔的前、后方燃烧室的内壁上开设有若干抽吸孔，所有抽吸孔均通过管路与一抽吸泵联通。

2.根据权利要求1所述的基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：进气道的上游壁面上设置有进气道燃料喷注孔。

3.根据权利要求2所述的基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：所述的抽吸孔的孔径是热射流孔孔径的1/10。

4.根据权利要求2或3所述的基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：所述抽吸孔呈等间距阵列分布在燃烧室的内壁上。

5.根据权利要求4所述的基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：热射流管的氧化剂为空气，通过在进气道的上游壁面上开设供空气进入的进气孔，进气孔通过进气通道连接至热射流管。

6.根据权利要求5所述的基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：热射流管的燃烧剂采用飞行器上携带的燃料；氧化剂和燃烧剂在热射流管内进行混合后点火经热射流孔喷出，实现热射流生成。

7.根据权利要求5所述的基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，其特征在于：进气孔在进气道燃料喷注孔的上游。