[发明专利]一种带直角三角形凹槽的超燃冲压燃烧室支板

说明书

本发明提供一种带直角三角形凹槽的超燃冲压燃烧室支板，相比于传统尾缘顺喷支板，本发明布置有直角三角形凹槽结构，燃料喷注器从尾缘前移至直角三角形凹槽顶面，直角三角形凹槽侧棱的方向以及燃料喷注的方向平行于支板前缘后气流的方向。本发明继承了支板顺流喷注较横向喷注损失小的优势，通过将燃料喷注器前置，改善了燃料顺流喷注雾化、蒸发、混合时间短的问题；充分利用三角形凹槽与支板的直角交界处产生的流向涡，以较小流动损失的代价，换取燃料雾化性能、燃料/氧化剂混合性能的提升；充分利用支板尾缘处的展向涡，进一步促进燃料/氧化剂混合，并改善燃料在展向方向分布；将燃料流道布置于支板前缘处，有效地提高了支板热载荷能力。

技术领域

本发明涉及超燃冲压燃烧室、TBCC及RBCC组合动力燃烧室技术领域，具体涉及一种基于流向涡掺混增强技术的支板，该支板具有较好的燃料雾化性能、燃料/氧化剂混合性能以及燃料沿展向分布特性。

背景技术

飞行器在大气层内以高超声速飞行时，超燃冲压发动机以其大比冲、高马赫数巡航等特点，使其较火箭推进系统有着更大的优势。在TBCC(Turine-based combined cycle)或RBCC(Rocket-Based Combined Cycle)等组合动力系统中，超燃冲压发动机与涡轮发动机或火箭推进系统相结合，能够更有效地拓宽飞行器的飞行边界，并有望成为最有前途的动力系统，因此受到了各国的高度重视。

超燃冲压发动机的燃料喷注技术可以分为壁面喷注和插入式喷注两类。壁面喷注的主要形式为横向喷射(侧喷)，该方式虽然具有较好的混合能力，但是由于存在燃料穿透深度小、激波损失大、局部壁面热载荷高等问题而使其发展受到了限制。插入式喷注包括支板(或塔式结构)侧喷和顺喷，由于其直接将燃料喷注器布置于主流之中，因此在穿透深度方面较壁面喷注优势明显。支板侧喷与壁面横向喷射类似，尽管具有较好的混合能力，但激波损失较大。因此，基于支板顺喷的掺混增强技术是目前超燃冲压燃烧室重要的燃料喷射方式与研究热点，例如基于流向涡掺混增强技术的斜坡支板、交错尾缘支板、楔形突台支板(专利号：CN201310731214.1)等。基于流向涡掺混增强技术的必要条件是相邻两股气流的法向速度差，法向速度差值越大，两股气流交界处的流向涡越强。本发明提出一种带直角三角形凹槽的超燃冲压燃烧室支板，将燃料喷注器前置于直角三角形凹槽与支板的直角交界处，在使用流向涡的基础上，并通过进一步利用支板尾缘展向涡，达到强化混合的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：传统尾缘顺喷支板具有燃料雾化性能差、燃料沿展向分布集中、燃料/氧化剂混合效果差等问题。为克服现有技术不足，提供一种带直角三角形凹槽的超燃冲压燃烧室支板，该支板能以较小的损失，换取燃料雾化性能提升、燃料沿展向分布均匀、燃料/氧化剂混合性能提升，并有效提高了支板热载荷能力。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种带直角三角形凹槽的超燃冲压燃烧室支板，在传统尾缘顺喷支板的基础上，布置直角三角形凹槽结构，燃料喷注器前置，并设置直角三角形凹槽侧棱以及燃料喷注的方向，其特征在于：

在支板尖劈后具有对称或者交错排列的直角三角形凹槽结构；

燃料喷注器从尾缘前移至三角形凹槽顶面；

直角三角形凹槽侧棱的方向平行于支板前缘后气流的方向；

燃料喷注的方向平行于直角三角形凹槽侧棱的方向。

本发明原理如下：

燃料从燃料喷注器以平行于直角三角形凹槽侧棱的方向顺喷。直角三角形凹槽与支板的直角交界处产生流向涡，一方面促进燃料雾化，另一方面促进燃料/氧化剂混合。随着燃料沿流向方向移动，进入直角三角形凹槽的氧化剂越多，燃料在直角三角形凹槽内分布范围越大。待燃料移动至支板尾缘处，尾缘产生的展向涡能进一步促进燃料/氧化剂混合。

本发明所具有的优点包括：