[发明专利]一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机

说明书

一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，包括进气道、燃烧室，所述发动机的进气道为一次直线压缩设计；所述进气道的上游壁面上开设有燃料喷注孔，所述发动机的燃烧室后方布置有起爆装置，所述起爆装置包括热射流氧化剂管道以及携带有射流燃料的热射流装置，所述热射流氧化剂管道的入口设置在进气道的上游且其位置位于所有燃料喷注孔之上，热射流氧化剂管道的出口连接热射流装置，同热射流装置里面携带的燃料进行混合点火，实现热射流生成。相比于传统超燃冲压发动机，基于爆震燃烧的超燃冲压发动机结构简化、热力循环效率高，并且能量释放速率快，经试验测试基于爆震燃烧的发动机推力性能可比现有基于等压燃烧的发动机高30％以上。

技术领域

本发明涉及一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，并就其燃料喷注混合、超声速可燃气的热射流起爆以及爆震动态稳定控制的实现提供一种设计方法。

背景技术

超燃冲压发动机(Scramjet)在高马赫(Ma>5)飞行条件下性能优良，已经成为高超声速飞行器推进系统的首选方案。然而，结合当前的研究以及美国X-51A飞行试验可以得知，超燃冲压发动机验证机的加速性能并不明显，净推力偏小。因此，基于当前研究，迫切需要改善发动机推力性能。超燃冲压发动机按照布莱顿(Brayton)等压燃烧循环设计，其热力循环效率远低于近似等容循环的爆震燃烧。因而如果能够在超声速气流中实现爆震燃烧，即使是局部爆震燃烧，发动机的推力性能极有可能获得大幅提升。

超燃冲压发动机已经逐渐走向工程应用，但是基于爆震燃烧的超燃冲压发动机概念设计目前还没有见诸报道。利用超燃冲压发动机相对成熟的工程化经验，在燃烧室中采用爆震燃烧替换等压燃烧模式，相对于其它类型爆震发动机而言能够尽快实现基于爆震燃烧发动机，但是这些研究还处于理论阶段并没有考虑具体的发动机应用实现。

发明内容

基于爆震燃烧的超燃冲压发动机目前仍是一个崭新的发动机概念，尚没有具体的实现方案公布于世。本发明的目的在于提出一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机。本发明在进气道壁面中喷注燃料，同经过进气道激波压缩后的超声速来流空气进行混合；在超燃冲压发动机机体中采用热射流生成装置，通过超燃冲压发动机的燃烧室的壁面向超声速预混可燃气中喷注，进而实现爆震快速起爆。燃烧室超声速气流中实现爆震起爆后，可以采用热射流的开关一定程度上控制爆震波的传播状态。在燃烧室的壁面上布置压力传感器，设置一定压力阈值，可以实时监测爆震波的传播位置，判断爆震波传播状态，据此可以开启或者关闭热射流从而控制爆震波在燃烧室中的传播状态，实现超燃冲压发动机中爆震燃烧的动态稳定控制。

本发明的技术方案是：

一种基于爆震燃烧的超燃冲压发动机，包括进气道、燃烧室，其特征在于，所述发动机的进气道为一次直线压缩设计，即进气道为一条倾斜的直线型进气道；所述进气道的上游壁面上开设有燃料喷注孔，所述发动机的燃烧室后方布置有起爆装置，所述起爆装置包括热射流氧化剂管道以及携带有射流燃料的热射流装置，所述热射流氧化剂管道的入口设置在进气道的上游且其位置位于所有燃料喷注孔之上，热射流氧化剂管道的出口连接热射流装置，同热射流装置里面携带的燃料进行混合点火，实现热射流生成。

进一步地，本发明所述进气道的上游壁面上设置有呈等间距阵列分布的多个燃料喷注孔，所有燃料喷注孔均与燃料供给管路连接并为燃烧室提供工作所需的燃料。

进一步地，本发明所述呈等间距阵列分布的多个燃料喷注孔中，位于上方的燃料喷注孔的孔径比位于其下方的燃料喷注孔的孔径大。

进一步地，本发明所述燃烧室的壁面安装一组压力传感器，测量燃烧室的壁面压力，通过压力传感器感知燃烧室的壁面压力进而感知爆震波的传播状态，然后通过热射流装置的开启与关闭来调整爆震波在燃烧室中的状态，实现动态稳定传播。