[发明专利]基于射流等离子体活化的超声速稳定燃烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声速稳定燃烧的方法。

背景技术

超声速燃烧技术中，来流在燃烧室以超声速流动，滞流时间只有几毫秒，在如此短时间内要实现燃料的点火和燃烧很困难，稳定火焰的措施是超声速燃烧组织所必需的方式。支板式燃烧方法是目前常用的稳定火焰方法，通过支板内嵌的管道将燃料引入燃烧室中，利用燃料的自身扩散来实现高速气流中的燃烧。为了稳定火焰，要求支板较厚(10mm～15mm)，来构建尾端的大尺度低速漩涡区，以利于可燃气体在此区域停留足够时间来形成稳定的高温火焰。超声速燃烧室中的厚支板所带来的流动损失往往较大，降低了超声速燃烧的性能。

发明内容

本发明的目的是为提供一种基于射流等离子体活化的超声速稳定燃烧方法，以解决现有的支板式燃烧方法中支板厚度较大，导致流动损失大、超声速燃烧性能低的问题。

本发明的方法是通过以下步骤实现的：步骤一、在发动机燃烧室中支板的壁厚上由发动机燃烧室的主燃烧区至燃烧室入口处依次加工三个L形通孔，分别是第一L形通孔、第二L形通孔和第三L形通孔，第一L形通孔、第二L形通孔和第三L形通孔均透过发动机燃烧室的外壳与外部相通，第一L形通孔和第三L形通孔的内表面均镀有陶瓷膜，支板的厚度为5mm～8mm；步骤二、第二L形通孔的输入端与燃油管连接，第一L形通孔和第三L形通孔的输入端分别与其对应的等离子体发生装置上的出口连接，第一L形通孔、第二L形通孔和第三L形通孔输出端均朝向发动机燃烧室的主燃烧区；步骤三、燃油由第二L形通孔注入到发动机燃烧室的主燃烧区处，形成扩散火焰；等离子体发生装置在高电压高频率电源激励作用下产生的等离子体由第一L形通孔和第三L形通孔注入到发动机燃烧室的主燃烧区处，并在主燃烧区处喷射产生射流型的等离子体，等离子体电源的电压为5000V～10000V，频率为30000Hz～50000Hz，产生等离子体的工作介质为氩气；步骤四、等离子体中的活化基团促进了扩散火焰的燃烧，形成一股持续的燃烧火焰，且该火焰可以在发动机燃烧室内稳定存在，从而实现超声速稳定燃烧。

本发明的优点是：本发明在支板内增加了镀有陶瓷膜的通道，将燃烧室外部产生的等离子体导入燃烧室中；利用了等离子体的活化作用来诱发燃料的连锁燃烧反应，形成一股持续的燃烧火焰；该火焰的稳定主要依赖于等离子体的存在，不需要支板尾端产生大尺度低速漩涡区，从而降低了支板厚度的设计要求，减小了支板的流动损失。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式一的结构示意图，图2是本发明的具体实施方式一中的步骤二里的等离子体发生装置3的结构示意图(图中标记6为高电压高频率电源、标记5-2为高强度石英管、标记5-3为堵塞、标记5-4为不锈钢管)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：步骤一、在发动机燃烧室2中支板1的壁厚上由发动机燃烧室2的主燃烧区2-1至燃烧室入口处依次加工三个L形通孔，分别是第一L形通孔1-1、第二L形通孔1-2和第三L形通孔1-3，第一L形通孔1-1、第二L形通孔1-2和第三L形通孔1-3均透过发动机燃烧室2的外壳与外部相通，第一L形通孔1-1和第三L形通孔1-3的内表面均镀有陶瓷膜，支板1的厚度为5mm～8mm；步骤二、第二L形通孔1-2的输入端与燃油管连接，第一L形通孔1-1和第三L形通孔1-3的输入端分别与其对应的等离子体发生装置3上的出口3-1连接，第一L形通孔1-1、第二L形通孔1-2和第三L形通孔1-3输出端均朝向发动机燃烧室2的主燃烧区2-1；步骤三、燃油由第二L形通孔1-2注入到发动机燃烧室2的主燃烧区2-1处，形成扩散火焰4；等离子体发生装置3在高电压高频率电源激励作用下产生的等离子体由第一L形通孔1-1和第三L形通孔1-3注入到发动机燃烧室2的主燃烧区2-1处，并在主燃烧区2-1处喷射产生射流型的等离子体5，等离子体电源的电压为5000V～10000V，频率为30000Hz～50000Hz，产生等离子体的工作介质为氩气；步骤四、等离子体5中的活化基团促进了扩散火焰4的燃烧，形成一股持续的燃烧火焰，且该火焰可稳定存在于发动机燃烧室2内，等离子体5中的高能粒子通过碰撞作用会引起燃料分子的离解、激发甚至电离，形成了大量的活性基团和强氧化性粒子，这些活性基团作为燃烧过程的“强心剂”，会急剧加速燃烧过程，形成燃烧连锁反应；由此，等离子体5强化了主燃烧区2-1燃料的燃烧反应，形成了一股依赖于等离子体活化作用的燃烧火焰，实现了燃料的稳定燃烧，即实现超声速稳定燃烧。等离子体发生装置3为现有技术。