本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，具體是一種超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)以其比沖大、速度快等眾多優(yōu)勢(shì)，成為國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)，其組成結(jié)構(gòu)大體由進(jìn)氣道、隔離段、燃燒室以及尾噴管四部分組成。就超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒室的工作過程而言，主要包括燃料與來流的混合噴注、點(diǎn)火以及后續(xù)的火焰穩(wěn)定過程。來流空氣通過進(jìn)氣道進(jìn)入燃燒室，進(jìn)氣速度在馬赫數(shù)4甚至更高，在壓縮之后降低至馬赫數(shù)1-3。燃料被噴注到超音速來流中，與空氣發(fā)生混合反應(yīng)，此時(shí)燃燒室中的燃燒模式主要是擴(kuò)散模式；待燃燒室中點(diǎn)火，火焰逐漸向燃燒室下游發(fā)展，使整個(gè)主燃區(qū)保持穩(wěn)定燃燒；但是在燃燒室中，由于來流速度遠(yuǎn)大于火焰?zhèn)鞑ニ俣?，混合氣體的對(duì)流換熱強(qiáng)度在高速來流中顯著增強(qiáng)，發(fā)展初期的低溫混合物極大影響了火焰的燃燒，導(dǎo)致火焰極易熄滅。所以如何在高超聲速氣流中穩(wěn)定火焰并且實(shí)現(xiàn)燃料與來流空氣的均勻摻混是一項(xiàng)亟待解決的問題。而且在高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)中，目前并沒有一種吸氣式動(dòng)力能夠獨(dú)立滿足臨近空間飛行器在寬速域范圍的需求，對(duì)于馬赫數(shù)9以上的飛行，斜爆震發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎是唯一可行的方案，所以組合發(fā)動(dòng)機(jī)成為新的研究方向。

2、當(dāng)前，針對(duì)上述提到的在高超聲速氣流中穩(wěn)定火焰并且實(shí)現(xiàn)燃料與來流空氣的均勻摻混問題的解決方法，通常可以通過降低入口來流速度或者提高火焰?zhèn)鞑ニ俣葋韺?shí)現(xiàn)火焰穩(wěn)定，但是提高火焰?zhèn)鞑ニ俣刃枰爰す獾韧獠磕芰?，所以不具有?shí)際應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于另一種部分學(xué)者青睞于在燃燒室中增設(shè)侵入式裝置，最為常見的即為支板結(jié)構(gòu)，例如像公開號(hào)為cn116817314a以及公開號(hào)為cn115789698a的專利所公開的相關(guān)支板結(jié)構(gòu)，這類支板結(jié)構(gòu)的工作原理是在支板底部建立一個(gè)回流區(qū)，即創(chuàng)造出一個(gè)亞聲速區(qū)域，使氣流能在回流區(qū)中駐留，然而這類支板結(jié)構(gòu)底部只有回流區(qū)，主要起穩(wěn)定火焰的作用，難以向更高的斜爆震模態(tài)轉(zhuǎn)換，因此無(wú)法用于超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，在支板合并狀態(tài)下可以在高超聲速來流下穩(wěn)定火焰實(shí)現(xiàn)燃燒室穩(wěn)定燃燒，在支板分離狀態(tài)下可以控制火焰熄滅，同時(shí)保持燃料充滿燃燒室，以便于轉(zhuǎn)換斜爆震模態(tài)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)和兩組液壓伸縮機(jī)構(gòu)，兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)用于設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上具有進(jìn)口和出口，以所述進(jìn)口和出口的連線為中心線，兩個(gè)所述單元支板結(jié)構(gòu)鏡像布置在中心線的兩側(cè)，所述單元支板結(jié)構(gòu)具有第一面、第二面和第三面，所述第一面與所述中心線平行設(shè)置，所述第二面設(shè)置在第一面靠近所述進(jìn)口的一側(cè)，且第二面與所述第一面之間形成夾角α，所述夾角α朝向所述進(jìn)口設(shè)置，所述第三面設(shè)置在第一面靠近所述出口的一側(cè)，且第三面與所述第一面的延長(zhǎng)線之間形成夾角β，所述夾角β背對(duì)所述出口設(shè)置，所述夾角α和夾角β均為銳角，且夾角α≤夾角β；兩組液壓伸縮機(jī)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)分別與每個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)的側(cè)壁連接，用于控制兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)沿豎直方向進(jìn)行分離與合并，當(dāng)兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)合并時(shí)，夾角α處在氣體來流時(shí)產(chǎn)生斜激波；當(dāng)兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)分離時(shí)，兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)中的第一面平行于進(jìn)入燃燒室內(nèi)的氣體來流，產(chǎn)生不會(huì)相互干擾的激波，兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)的夾角β處產(chǎn)生膨脹波。

4、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述夾角α的范圍為6°～10°，所述夾角β的范圍為28°～32°。

5、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述夾角α為6°，所述夾角β為30°。

6、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第四面豎直設(shè)置，且與第三面連接，所述第五面與所述第一面平行設(shè)置，第五面的兩端分別與所述第四面和第二面連接。

7、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單元支板結(jié)構(gòu)的寬度與所述第一面的長(zhǎng)度之比為48：95，所述第一面到第五面之間的垂直距離與所述第一面的長(zhǎng)度之比為2：19，所述第四面的高度與所述第一面到第五面之間的垂直距離之比為2：5。

8、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第四面沿其寬度方向設(shè)有多個(gè)燃油噴孔，所述單元支板結(jié)構(gòu)的一側(cè)側(cè)壁上開設(shè)有燃油輸送口和氧氣輸送口，各所述燃油噴孔分別與燃油輸送口和氧氣輸送口連通。

9、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述燃油噴孔的孔徑與所述第四面的高度之比為1：2。

10、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單元支板結(jié)構(gòu)為高導(dǎo)熱系數(shù)材料制成。

11、優(yōu)選的，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單元支板結(jié)構(gòu)的第一面21到所述燃燒室的入口之間的水平距離大于等于35mm。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

13、1、本發(fā)明通過設(shè)置的兩組液壓伸縮機(jī)構(gòu)能夠?qū)蓚€(gè)單元支板結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎直方向的合并與分離，以實(shí)現(xiàn)燃燒室穩(wěn)定燃燒或者控制火焰熄滅的效果；

14、當(dāng)兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)合并時(shí)，單元支板結(jié)構(gòu)處于燃燒室中心位置，此時(shí)單元支板結(jié)構(gòu)底部為燃燒室提供燃料，單元支板結(jié)構(gòu)的夾角α處誘導(dǎo)產(chǎn)生斜激波，經(jīng)壁面反射形成復(fù)雜激波串，能夠降低燃燒室內(nèi)氣流速度提高其溫度，延長(zhǎng)氣流和燃料在燃燒室內(nèi)的駐留時(shí)間，從而獲取更好的摻混效果以及更有利于點(diǎn)火的環(huán)境，利于點(diǎn)火和火焰穩(wěn)定，并且單元支板結(jié)構(gòu)尾部的第三面處產(chǎn)生渦系利于燃料和空氣的摻混，能夠降低入口來流速度以方便點(diǎn)火和后續(xù)的穩(wěn)定燃燒；

15、當(dāng)兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)分離兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)在豎直方向分離移動(dòng)過程中，單元支板結(jié)構(gòu)第一面與第三面之間形成的夾角β處產(chǎn)生膨脹波降低經(jīng)壁面反射激波，使溫度降低以起到熄滅火焰的作用，因此相比于傳統(tǒng)支板結(jié)構(gòu)需要在斷開燃料供給下才能熄滅火焰來說，本發(fā)明的兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)能夠在不斷開燃料供給的情況下熄滅火焰，保持燃料能夠充滿燃燒室腔體，以便于轉(zhuǎn)換斜爆震模態(tài)，為超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)技術(shù)提供補(bǔ)充。

16、2、處于分離狀態(tài)兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)中的第一面平行于來流，產(chǎn)生不會(huì)相互干擾的激波，單元支板結(jié)構(gòu)第一面與第三面之間形成的夾角β能夠產(chǎn)生膨脹波，來減弱經(jīng)壁面反射的激波強(qiáng)度，降低由斜激波導(dǎo)致的總壓損失。

技術(shù)特征：

1.一種超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述夾角α的范圍為6°～10°，所述夾角β的范圍為28°～32°。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述夾角α為6°，所述夾角β為30°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單元支板結(jié)構(gòu)(2)還包括第四面(24)和第五面(25)，所述第四面(24)豎直設(shè)置，且與第三面(23)連接，所述第五面(25)與所述第一面(21)平行設(shè)置，第五面(25)的兩端分別與所述第四面(24)和第二面(22)連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單元支板結(jié)構(gòu)(2)的寬度與所述第一面(21)的長(zhǎng)度之比為48：95，所述第一面(21)到第五面(25)之間的垂直距離與所述第一面(21)的長(zhǎng)度之比為2：19，所述第四面(24)的高度與所述第一面(21)到第五面(25)之間的垂直距離之比為2：5。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第四面(24)沿其寬度方向設(shè)有多個(gè)燃油噴孔(31)，所述單元支板結(jié)構(gòu)(2)的一側(cè)側(cè)壁上開設(shè)有燃油輸送口(32)和氧氣輸送口(33)，各所述燃油噴孔(31)分別與燃油輸送口(32)和氧氣輸送口(33)連通。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述燃油噴孔(31)的孔徑與所述第四面(24)的高度之比為1：2。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單元支板結(jié)構(gòu)(2)為高導(dǎo)熱系數(shù)材料制成。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的超燃沖壓-斜爆震組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單元支板結(jié)構(gòu)(2)的第一面(21)到所述燃燒室(1)的入口之間的水平距離大于等于35mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超燃沖壓?斜爆震可變模態(tài)的組合發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的可分離支板結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)和兩組液壓伸縮機(jī)構(gòu)，兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)用于設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室上具有進(jìn)口和出口，兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)以進(jìn)口和出口的連線為中心線鏡像布置，單元支板結(jié)構(gòu)具有第一面、第二面和第三面，第一面與中心線平行設(shè)置，第二面設(shè)置在第一面靠近進(jìn)口的一側(cè)且與第一面之間形成夾角α，第三面設(shè)置在第一面靠近所述出口的一側(cè)且與第一面的延長(zhǎng)線之間形成夾角β；兩組液壓伸縮機(jī)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)分別與每個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)的側(cè)壁連接，用于控制兩個(gè)單元支板結(jié)構(gòu)沿豎直方向進(jìn)行分離與合并。本發(fā)明能夠控制燃燒室中的火焰熄滅，便于向斜爆震模態(tài)轉(zhuǎn)換。

技術(shù)研發(fā)人員：李建中,李瓏罡,秦瓊瑤,劉憶東,袁銘澤,季天庸
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26