專利名稱：組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室超聲速燃燒方法，具體涉及一種組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法。
背景技術(shù)：
超聲速燃燒技術(shù)中,來流在燃燒室以超聲速流動(dòng)，滯流時(shí)間只有幾毫秒，在如此短時(shí)間內(nèi)要實(shí)現(xiàn)燃料的點(diǎn)火和燃燒很困難。凹腔式燃燒方法是目前常用的超聲速燃燒組織方法。通過凹腔上流的管道將燃料引入燃燒室中，利用燃料在凹腔內(nèi)低速漩渦區(qū)內(nèi)擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)高速氣流中的燃燒。為了穩(wěn)定火焰，要求凹腔尺寸較大，來構(gòu)建其大尺度的低速漩渦區(qū)，以利于可燃?xì)怏w在此區(qū)域停留足夠時(shí)間來形成穩(wěn)定的高溫火焰。超聲速燃燒室中凹腔內(nèi)的大尺度漩渦區(qū)所帶來的流動(dòng)損失往往較大，降低了超聲速燃燒的性能。同時(shí)凹腔火焰往往緊貼壁面，增加發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)熱載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有的凹腔式燃燒方法中凹腔尺度較大，流動(dòng)損失大、超聲速燃燒性能低的問題，提出一種組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法。本發(fā)明方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一、在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的壁厚上由前至后依次加工第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔和第五通孔，第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔和第五通孔的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜； 步驟二、第一通孔的輸入端與燃油輸出管連接，第二通孔和第四通孔的輸入端分別與熱平衡等離子發(fā)生裝置上的出口連接，第三通孔和第五通孔的輸入端分別與非熱平衡等離子發(fā)生裝置上的出口連接；步驟三、燃油由第一通孔注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中；步驟四、熱平衡等離子發(fā)生裝置中的針狀電極接直流電源正極，熱平衡等離子發(fā)生裝置的側(cè)壁接直流電源負(fù)極，針狀電極的電極尖頂與熱平衡等離子發(fā)生裝置的內(nèi)側(cè)壁上的兩個(gè)側(cè)壁尖點(diǎn)形成弧光放電通道，混合氣通過弧光放電通道時(shí)形成高溫?zé)岬入x子體由熱平衡等離子發(fā)生裝置噴出，經(jīng)過第二通孔和第四通孔注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中產(chǎn)生射流型等離子體，產(chǎn)生射流型等離子體點(diǎn)燃燃燒室中的燃油，形成一股持續(xù)的燃燒火焰，其中，熱平衡等離子體的電源電壓為500V 1000V，電流為50A 200A ；步驟五、非熱平衡等離子體發(fā)生裝置中的陶瓷管接高頻高壓電源，非熱平衡等離子體發(fā)生裝置不接電極，形成懸浮電極，氬氣由陶瓷管和側(cè)孔注入非熱平衡等離子體發(fā)生裝置中，在高頻高壓電源激勵(lì)下產(chǎn)生射流型冷等離子體，射流型冷等離子體由非熱平衡等離子體發(fā)生裝置噴出，經(jīng)第三通孔和第五通孔注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中的不同位置，來形成可靠的燃燒，其中，非平衡等離子體的電源電壓為5000V 10000V，電源頻率為30000Hz 50000Hz。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):一、利用熱平衡等離子體的高溫，來誘發(fā)燃燒室中燃?xì)獾狞c(diǎn)火，具有點(diǎn)火能量低、點(diǎn)火延遲時(shí)間短的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)熱平衡等離子體激勵(lì)下的火焰穩(wěn)定。二、非熱平衡射流等離子體產(chǎn)生大量化學(xué)活化基團(tuán)，形成高效的燃燒活化核，可提高了超聲速燃燒的效率。三、不同來流條件下火焰結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的變化，依據(jù)需要可在燃燒室的下壁面不同位置注入非熱平衡射流等離子體，以控制燃燒室中的燃燒場，進(jìn)而來組織超聲速燃燒性能。四、本發(fā)明中在燃燒室壁厚上增加了鍍有陶瓷膜的通道，燃燒室外部產(chǎn)生的等離子體通過此通道導(dǎo)入燃燒室中，避免了在高溫燃燒室內(nèi)布置電離電極的技術(shù)需求。


圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
一中步驟二的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中標(biāo)記6為燃油流、7為熱平衡等離子體射流、8為非熱平衡等離子體射流)，圖2是熱平衡等離子發(fā)生裝置2的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中標(biāo)記2-3為高溫密封圈、2-4為不銹鋼管、2-5為熱平衡等離子體出口、2-6為陶瓷絕緣墊圈、2-7為陶瓷絕緣體)，圖3是非熱平衡等離子發(fā)生裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中標(biāo)記5為高電壓高頻率電源、3-1為堵塞、3-2為高強(qiáng)度石英管、3-3為不銹鋼管、3-4為非熱平衡等離子出口)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1 圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟一、在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室I的壁厚上由前至后依次加工第一通孔1-1、第二通孔1-2、第三通孔1-3、第四通孔1-4和第五通孔1-5，第一通孔1-1、第二通孔1_2、第三通孔1-3、第四通孔1-4和第五通孔1-5的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜；步驟二、第 一通孔1-1的輸入端與燃油輸出管4連接，第二通孔1-2和第四通孔1-4的輸入端分別與熱平衡等離子發(fā)生裝置2上的出口連接，第三通孔1-3和第五通孔1-5的輸入端分別與非熱平衡等離子發(fā)生裝置3上的出口連接；步驟三、燃油由第一通孔1-1注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室I中；步驟四、熱平衡等離子發(fā)生裝置2中的針狀電極2-1接直流電源正極9，熱平衡等離子發(fā)生裝置2的側(cè)壁接直流電源負(fù)極10，針狀電極2-1的電極尖頂與熱平衡等離子發(fā)生裝置2的內(nèi)側(cè)壁上的兩個(gè)側(cè)壁尖點(diǎn)形成弧光放電通道2-2，混合氣通過弧光放電通道2-2時(shí)形成高溫?zé)岬入x子體由熱平衡等離子發(fā)生裝置2噴出，經(jīng)過第二通孔1-2和第四通孔1-4注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室I中產(chǎn)生射流型等離子體7，產(chǎn)生射流型等離子體7點(diǎn)燃燃燒室中的燃油，形成一股持續(xù)的燃燒火焰，且該火焰可以在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面上穩(wěn)定存在，從而實(shí)現(xiàn)超聲速火焰的穩(wěn)定，其中，熱平衡等離子體的電源電壓為500V 1000V，電流為50A 200A ；第二通孔1-2處的射流熱等離子體具有較高的能量，能夠輕易點(diǎn)著燃油形成一股持續(xù)的燃燒火焰，而第四通孔1-4處的射流熱等離子體注入到火焰中進(jìn)行補(bǔ)燃。步驟五、非熱平衡等離子體發(fā)生裝置3中的陶瓷管3-2接高頻高壓電源5，非熱平衡等離子體發(fā)生裝置3不接電極，形成懸浮電極，氬氣由陶瓷管3-2和側(cè)孔3-5注入非熱平衡等離子體發(fā)生裝置3中，在高頻高壓電源激勵(lì)下產(chǎn)生射流型冷等離子體8，射流型冷等離子體8由非熱平衡等離子體發(fā)生裝置3噴出，經(jīng)第三通孔1-3和第五通孔1-5注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室I中的不同位置，來形成可靠的燃燒，射流型冷等離子體8具有很強(qiáng)化學(xué)活性，誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的活性基團(tuán)，進(jìn)而形成主要依賴于射流型冷等離子體的局部強(qiáng)烈燃燒區(qū)，增強(qiáng)了超聲速燃燒速度，其中，非平衡等離子體的電源電壓為5000V 10000V，電源頻率為30000Hz 50000Hz。射流型冷等離子體8的注入會誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的活化基團(tuán)，以進(jìn)一步強(qiáng)化燃燒；軸向的不同位置上注入冷等離子，可以滿足超聲速燃燒組織的需求；射流型冷等離子體8與來流充分混合，提高了燃料整體的活化能，有利于加速燃燒，并且通過不同位置注入冷等離子可以一定程度控制火焰的位置，使得燃燒室中火焰穩(wěn)定燃燒并保證位置可控。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的第一通孔1-1、第二通孔1-2、第三通孔1-3、第四通孔1-4和第五通孔1-5的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為0. Imm 0. 2mm。陶瓷膜實(shí)現(xiàn)了等離子體與壁面間的絕緣作用，且陶瓷膜在等離子體的碰撞下能產(chǎn)生二次電子發(fā)射，有利于等離子體在通孔中的穩(wěn)定傳播。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟一中的第一通孔1-1、第二通孔1-2、第三通孔1-3、第四通孔1-4和第五通孔1-5的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為
0.15mm。其它步驟與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的步驟四中的混合氣為氧氣與氮?dú)?，氧氣與氮?dú)獾捏w積比為I : 4。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的熱平衡等離子體的電源電壓為1000V，電流為50A。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖I說明`本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的熱平衡等離子體的電源電壓為500V，電流為100A。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟四中的熱平衡等離子體的電源電壓為500V，電流為200A。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟五中的冷等離子體的電源電壓為6500V，電源頻率為50000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟五中的冷等離子體的電源電壓為7500V，電源頻率為40000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是步驟五中的冷等離子體的電源電壓為8500V，電源頻率為50000Hz。其它步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟一、在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(I)的壁厚上由前至后依次加工第一通孔(1-1)、第二通孔(1-2)、第三通孔(1-3)、第四通孔(1-4)和第五通孔(1-5)，第一通孔(1-1)、第二通孔(1-2)、第三通孔(1-3)、第四通孔(1-4)和第五通孔(1-5)的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜； 步驟二、第一通孔(1-1)的輸入端與燃油輸出管(4)連接，第二通孔(1-2)和第四通孔(1-4)的輸入端分別與熱平衡等離子發(fā)生裝置(2)上的出口連接，第三通孔(1-3)和第五通孔(1-5)的輸入端分別與非熱平衡等離子發(fā)生裝置(3)上的出口連接； 步驟三、燃油由第一通孔(ι-i)注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(I)中； 步驟四、熱平衡等離子發(fā)生裝置(2)中的針狀電極(2-1)接直流電源正極(9)，熱平衡等離子發(fā)生裝置(2)的側(cè)壁接直流電源負(fù)極(10)，針狀電極(2-1)的電極尖頂與熱平衡等離子發(fā)生裝置(2)的內(nèi)側(cè)壁上的兩個(gè)側(cè)壁尖點(diǎn)形成弧光放電通道(2-2)，混合氣通過弧光放電通道(2-2)時(shí)形成高溫?zé)岬入x子體由熱平衡等離子發(fā)生裝置(2)噴出，經(jīng)過第二通孔(1-2)和第四通孔(1-4)注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(I)中產(chǎn)生射流型等離子體(7)，產(chǎn)生射流型等離子體(X)點(diǎn)燃燃燒室中的燃油，形成一股持續(xù)的燃燒火焰，其中，熱平衡等離子體的電源電壓為500V 1000V,電流為50A 200A ； 步驟五、非熱平衡等離子體發(fā)生裝置(3)中的陶瓷管(3-2)接高頻高壓電源(5)，非熱平衡等離子體發(fā)生裝置(3)不接電極，形成懸浮電極，氬氣由陶瓷管(3-2)和側(cè)孔(3-5)注入非熱平衡等離子體發(fā)生裝置(3)中，在高頻高壓電源激勵(lì)下產(chǎn)生射流型冷等離子體(8)，射流型冷等離子體(8)由非熱平衡等離子體發(fā)生裝置(3)噴出，經(jīng)第三通孔(1-3)和第五通孔(1-5)注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室(I)中的不同位置，來形成可靠的燃燒，其中，非平衡等離子體的電源電壓為5000V 10000V，電源頻率為30000Hz 50000Hz。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟一中的第一通孔(1-1)、第二通孔(1-2)、第三通孔(1-3)、第四通孔(1-4)和第五通孔(1-5)的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為O. Imm O. 2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟一中的第一通孔(1-1)、第二通孔(1-2)、第三通孔(1-3)、第四通孔(1-4)和第五通孔(1-5)的內(nèi)表面陶瓷膜的厚度為O. 15mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟四中的混合氣為氧氣與氮?dú)猓鯕馀c氮?dú)獾捏w積比為I : 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟四中的熱平衡等離子體的電源電壓為1000V，電流為50A。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步 驟四中的熱平衡等離子體的電源電壓為500V，電流為100A。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟四中的熱平衡等離子體的電源電壓為500V，電流為200A。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟五中的冷等離子體的電源電壓為6500V，電源頻率為50000Hz。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于所述步驟五中的冷等離子體的電源電壓為7500V，電源頻率為40000Hz。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，其特征在于:所述步驟五中的冷等離 子體的電源電壓為8500V，電源頻率為50000Hz。
全文摘要
組合等離子體激勵(lì)下的超聲速燃燒方法，它涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室超聲速燃燒方法，以解決現(xiàn)有的凹腔式燃燒方法中凹腔尺度大，流動(dòng)損失大、超聲速燃燒性能低的問題。方法一、各個(gè)通孔的內(nèi)表面均鍍有陶瓷膜；二、第一通孔與燃油輸出管連接，第二通孔和第四通孔分別與熱平衡等離子發(fā)生裝置連接，第三通孔和第五通孔分別與非熱平衡等離子發(fā)生裝置連接；三、燃油由第一通孔注入到燃燒室中；四、工作介質(zhì)由熱平衡等離子發(fā)生裝置噴出，注入到發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃燒區(qū)并點(diǎn)燃此處燃油形成擴(kuò)散火焰，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火；五、射流冷等離子體由非熱平衡等離子體發(fā)生裝置噴出，經(jīng)第三通孔和第五通孔注入到燃燒室的不同位置，來形成可靠的燃燒。本發(fā)明用于組織超聲速燃燒。
文檔編號F02M27/04GK103216317SQ20131013168
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者唐井峰, 徐敏, 李楠, 于達(dá)仁 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)