本發(fā)明涉及超燃沖壓燃燒室、TBCC及RBCC組合動(dòng)力燃燒室技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于流向渦摻混增強(qiáng)技術(shù)的支板，該支板具有較好的燃料霧化性能、燃料/氧化劑混合性能以及燃料沿展向分布特性。

背景技術(shù)：

飛行器在大氣層內(nèi)以高超聲速飛行時(shí)，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)以其大比沖、高馬赫數(shù)巡航等特點(diǎn)，使其較火箭推進(jìn)系統(tǒng)有著更大的優(yōu)勢(shì)。在TBCC(Turine-based combined cycle)或RBCC(Rocket-Based Combined Cycle)等組合動(dòng)力系統(tǒng)中，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或火箭推進(jìn)系統(tǒng)相結(jié)合，能夠更有效地拓寬飛行器的飛行邊界，并有望成為最有前途的動(dòng)力系統(tǒng)，因此受到了各國的高度重視。

超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴注技術(shù)可以分為壁面噴注和插入式噴注兩類。壁面噴注的主要形式為橫向噴射(側(cè)噴)，該方式雖然具有較好的混合能力，但是由于存在燃料穿透深度小、激波損失大、局部壁面熱載荷高等問題而使其發(fā)展受到了限制。插入式噴注包括支板(或塔式結(jié)構(gòu))側(cè)噴和順噴，由于其直接將燃料噴注器布置于主流之中，因此在穿透深度方面較壁面噴注優(yōu)勢(shì)明顯。支板側(cè)噴與壁面橫向噴射類似，盡管具有較好的混合能力，但激波損失較大。因此，基于支板順噴的摻混增強(qiáng)技術(shù)是目前超燃沖壓燃燒室重要的燃料噴射方式與研究熱點(diǎn)，例如基于流向渦摻混增強(qiáng)技術(shù)的斜坡支板、交錯(cuò)尾緣支板、楔形突臺(tái)支板(專利號(hào)：CN201310731214.1)等?；诹飨驕u摻混增強(qiáng)技術(shù)的必要條件是相鄰兩股氣流的法向速度差，法向速度差值越大，兩股氣流交界處的流向渦越強(qiáng)。本發(fā)明提出一種帶直角三棱柱凹槽的超燃沖壓燃燒室支板，將燃料噴注器前置于直角三棱柱凹槽與支板的直角交界處，在使用流向渦的基礎(chǔ)上，并通過進(jìn)一步利用支板尾緣展向渦，達(dá)到強(qiáng)化混合的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：傳統(tǒng)尾緣順噴支板具有燃料霧化性能差、燃料沿展向分布集中、燃料/氧化劑混合效果差等問題。為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種帶直角三棱柱凹槽的超燃沖壓燃燒室支板，該支板能以較小的損失，換取燃料霧化性能提升、燃料沿展向分布均勻、燃料/氧化劑混合性能提升，并有效提高了支板熱載荷能力。

本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種帶直角三棱柱凹槽的超燃沖壓燃燒室支板，在傳統(tǒng)尾緣順噴支板的基礎(chǔ)上，布置直角三棱柱凹槽結(jié)構(gòu)，燃料噴注器前置，并設(shè)置直角三棱柱凹槽側(cè)棱以及燃料噴注的方向，其特征在于：

在支板尖劈后具有對(duì)稱或者交錯(cuò)排列的直角三棱柱凹槽結(jié)構(gòu)；

燃料噴注器從尾緣前移至三棱柱凹槽頂面；

直角三棱柱凹槽側(cè)棱的方向平行于支板前緣后氣流的方向；

燃料噴注的方向平行于直角三棱柱凹槽側(cè)棱的方向。

本發(fā)明原理如下：

燃料從燃料噴注器以平行于直角三棱柱凹槽側(cè)棱的方向順噴。直角三棱柱凹槽與支板的直角交界處產(chǎn)生流向渦，一方面促進(jìn)燃料霧化，另一方面促進(jìn)燃料/氧化劑混合。隨著燃料沿流向方向移動(dòng)，進(jìn)入直角三棱柱凹槽的氧化劑越多，燃料在直角三棱柱凹槽內(nèi)分布范圍越大。待燃料移動(dòng)至支板尾緣處，尾緣產(chǎn)生的展向渦能進(jìn)一步促進(jìn)燃料/氧化劑混合。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)包括：

(1)、本發(fā)明繼承了支板順流噴注較橫向噴注損失小的優(yōu)勢(shì)，通過將燃料噴注器前移，改善了燃料順流噴注霧化、蒸發(fā)、混合時(shí)間短的問題。

(2)、本發(fā)明充分利用三棱柱凹槽與支板的直角交界處產(chǎn)生的流向渦，以較小流動(dòng)損失的代價(jià)，換取燃料霧化性能、燃料/氧化劑混合性能的提升。

(3)、本發(fā)明充分利用支板尾緣處的展向渦，進(jìn)一步促進(jìn)燃料/氧化劑混合，并改善燃料在展向方向分布。

(4)、本發(fā)明將燃料流道布置于支板前緣處，該方案較傳統(tǒng)尾緣順噴支板有更高的熱載荷能力。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)尾緣順噴支板簡圖。

圖2是帶直角三棱柱凹槽的支板簡圖。

圖3是帶直角三棱柱凹槽支板的燃料混合過程簡圖。

圖4是帶直角三棱柱凹槽支板的燃料混合性能數(shù)值計(jì)算結(jié)果。

附圖標(biāo)記說明：圖1中的1是支板基座，2是支板，3是燃料噴注器，4是燃料流道。圖2中的5是直角三棱柱凹槽頂面，6是直角三棱柱凹槽側(cè)棱，7是直角三棱柱凹槽。圖3中的8是流向渦，9是燃料，10是展向渦，11是直角三棱柱凹槽與支板的直角交界處，12是支板前緣后氣流的方向，13是燃料噴注的方向。圖4中的14是燃料摩爾濃度為1％的等值面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式詳細(xì)介紹本發(fā)明。

實(shí)施例1

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)傳統(tǒng)尾緣順噴支板(如圖1所示)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)(如圖2所示)。相比于傳統(tǒng)尾緣順噴支板，帶直角三棱柱凹槽支板的兩側(cè)具有對(duì)稱布置的直角三棱柱凹槽結(jié)構(gòu)7，燃料噴注器3從尾緣前移至三棱柱凹槽頂面5處，三棱柱凹槽側(cè)棱6的方向以及燃料噴注的方向13平行于支板前緣后氣流的方向12。

圖3展示了帶直角三棱柱凹槽支板的工作過程。相比于傳統(tǒng)尾緣順噴支板，該支板將燃料流道4布置于支板尖劈處，燃料9與支板前緣距離縮短使得燃料9的換熱能力增強(qiáng)，從而提高支板的熱載荷能力；在保證燃料流道4流通面積的前提下，減少燃料噴注器3與支板尖劈的距離，延長燃料9霧化、蒸發(fā)以及與氧化劑混合的時(shí)間；燃料9從燃料噴注器3以平行于直角三棱柱凹槽側(cè)棱6的方向順噴；直角三棱柱凹槽與支板的直角交界處11產(chǎn)生流向渦8，一方面高湍流特性促進(jìn)燃料9霧化，另一方面促進(jìn)燃料9與氧化劑混合；隨著燃料9沿流向方向移動(dòng)，進(jìn)入直角三棱柱凹槽7的氧化劑越多，燃料9在直角三棱柱凹槽7內(nèi)分布范圍越大；待燃料9移動(dòng)至支板尾緣處時(shí)，尾緣產(chǎn)生的展向渦10能進(jìn)一步促進(jìn)燃料9與氧化劑混合。

圖4展示了帶直角三棱柱凹槽支板的燃料混合性能數(shù)值計(jì)算結(jié)果。從圖中燃料摩爾濃度為1％的等值面14可以看出，燃料9從燃料噴注器3噴出后與氧化劑迅速混合；隨著燃料9沿流向方向移動(dòng)，燃料9基本充滿了直角三棱柱凹槽7；待燃料9移動(dòng)至支板尾緣時(shí)，在支板尾緣產(chǎn)生的展向渦10作用下，燃料9迅速充滿整個(gè)尾跡并沿展向方向擴(kuò)展。相比于傳統(tǒng)尾緣順噴支板，帶直角三棱柱凹槽支板有更好燃料/氧化劑混合性能以及燃料沿展向分布特性

實(shí)施例2

根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例，可以對(duì)帶直角三棱柱凹槽支板(如圖2所示)進(jìn)一步改型，以達(dá)到更好的效果。由于流向渦8的強(qiáng)度取決于直角三棱柱凹槽與支板的直角交界處11的兩股相鄰氣流的法向速度差，因此可以將支板兩側(cè)對(duì)稱布置的直角三棱柱凹槽7改為交錯(cuò)排列，并增加直角三棱柱凹槽7在支板上的法向深度，從而提高流向渦8的強(qiáng)度。相比于實(shí)施例1，該改型引入了更強(qiáng)的流向渦，能進(jìn)一步提高燃料的霧化性能以及燃料/氧化劑混合性能。

上述描述只是說明，而非限定。在不脫離權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的前提下，可以對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行各種修改。