[发明专利]具有凹腔火焰稳定器的燃烧室及超燃冲压发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机燃烧控制领域，特别地，涉及一种具有凹腔火焰稳定器的燃烧室。此外，本发明还涉及一种包括上述燃烧室的超燃冲压发动机。

背景技术

目前，凹腔火焰稳定器广泛应用于超燃冲压发动机燃烧室中。

超声速气流流过凹腔会在凹腔内形成回流区，能够使火焰始终驻留在其中，并作为新的火源持续点燃上游来的燃料，从而实现火焰稳定。凹腔在超声速燃烧室中集燃料喷注、混合增强及火焰稳定作用于一身，在提高超燃冲压发动机性能方面发挥了重要的作用。

但现有的燃烧室的热力喉部往往出现在稳焰凹腔位置，在凹腔下游位置，释热较弱使得分离区迅速再附，引气壁面压力突降，不利于燃烧室推力性能的提高。此外，热力喉部过高的峰值压力也对隔离段承受反压的能力提出了更高的要求。

名称为“一种用于超声速燃烧室的壁面凹槽”、公开号CN101245921的专利文献公开了一种用于超声速燃烧室的壁面凹槽，包括两个前侧壁、两个后侧壁以及底壁，后侧壁和前侧壁的表面面积均向下游方向逐渐收缩，形成类似“燕尾”型的凹槽，该方案主要是降低壁面凹槽产生的气动阻力。

名称为“一种台阶/凹槽复合喷射结构的超声速燃烧室方案”、公开号CN101435586的专利文献公开了一种新型台阶/凹腔复合喷射结构的超声速燃烧室方案，主要是在燃烧室台阶及燃烧室凹腔前增加燃料喷嘴，共同用于燃烧室内的燃料喷射和使用，这个发明主要是用于促进燃料和空气的充分混合，保证在超声速气流的燃料的点火以及稳定燃烧。

论文《Drag force investigation of cavities with different geometric configurations in supersonic flow》(Luo S,Huang W,Liu J,Wang Z.Science China,2011,54(5):1345-1350)介绍了：基于数值模拟研究的具有相同深度和长深比的三种不同结构的凹腔(传统凹腔，三角形凹腔和半圆形凹腔)的燃烧流场结构，结果显示，与传统凹腔相比，三角形凹腔和圆形凹腔均会增加燃烧室的阻力，但也会促进湍流燃烧，其中三角形凹腔的影响最为明显，但并没有对孰优孰略做进一步的评价。

目前的凹腔设计已经具有大量的结构形式，对应的燃料喷射也有多种方案，通常来讲，合适的凹腔设计可以在空间上形成适当的回流区，与燃料喷注配合，从而稳定住火焰。然而现有的凹腔燃烧通常形成热力喉部，在凹腔位置出现高压，凹腔后缘的下游位置释热较弱使得流速恢复，引起壁面压力突降，凹腔下游燃烧室很长的一段距离不能产生燃烧，使得燃烧效率低、火焰稳定能力弱，且热力喉部过高的峰值压力对超燃冲压发动机隔离段承受反压的能力提出了更高要求，热力喉部产生的高热流也不利于发动机整体的热防护。为了提高燃烧室的性能，理论上希望在燃烧室实现稳焰且凹腔释热区的压力峰值不过高的前提下避免凹腔下游的压力突降，国内外针对超燃冲压发动机中凹腔构型的改进工作仍没有重要的进展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有凹腔火焰稳定器的燃烧室，以避免凹腔下游的压力突降。本发明的目的还在于提供一种使用该燃烧室的超燃冲压发动机。

为此，本发明提供了一种具有凹腔火焰稳定器的燃烧室，该燃烧室包括火焰稳定凹腔和与火焰稳定凹腔的出口相连的膨胀段，该燃烧室还包括从火焰稳定凹腔的后缘向出口下游的膨胀段进行引气的一组引气通道。

进一步地，上述引气通道呈切槽状，切槽状的引气通道在膨胀段的壁面沿流向延伸。

进一步地，上述切槽状的引气通道在火焰稳定凹腔的后缘上连续延伸至顶壁。

进一步地，上述引气通道包括引气槽和与引气槽连通的多个槽缝，其中，引气槽与火焰稳定凹腔的后缘连通，多个槽缝沿流向排列在膨胀段上。

进一步地，上述多个槽缝在膨胀段的壁体上延伸至壁体内表面，以连通火焰稳定凹腔与膨胀段。

进一步地，上述火焰稳定凹腔的后缘为增厚壁，引气通道开设在增厚壁上。

进一步地，上述燃烧室为方形截面燃烧室。

进一步地，上述引气通道对称地布置在火焰稳定凹腔的后缘的上壁和下壁上。

进一步地，上述具有凹腔火焰稳定器的燃烧室还包括位于火焰稳定凹腔上游的喷注段，喷注段上靠近火焰稳定凹腔的位置设有燃料喷口。

根据本发明的另一方面，提供了一种超燃冲压发动机，包括上面所描述的具有凹腔火焰稳定器的燃烧室。