[发明专利]一种超声速爆震稳定自持的边界抽吸控制方法

说明书

本发明提出了一种超声速爆震稳定自持的边界抽吸控制方法，该方法中的超燃冲压发动机包括进气道、隔离段、燃烧室和超声速喷管，在其燃烧室内布置有供热射流管内热射流喷出的热射流孔，在热射流孔的前、后方燃烧室的内壁上开设有若干抽吸孔，所有抽吸孔均通过管路与一抽吸泵联通；采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，通过抽吸泵以及抽吸孔采用抽吸的方式对燃烧室内边界层的气流进行抽吸，同时喷入热射流实现爆震起爆。本发明在爆震起爆时，开启抽吸泵，通过抽吸孔抽吸燃烧室内边界层低速区域的气流，抑制了起爆爆震波和边界层相互作用发生燃烧波前传，消除了边界层对爆震波的起爆的影响，使得爆震波能够在燃烧室中实现动态稳定传播。

技术领域

本发明涉及超声速气流中爆震波自持传播控制技术领域，具体涉及一种实现超声速气流中实现爆震波动态稳定自持传播的方法，为实现爆震发动机中完全爆震燃烧提供一种可行设计方案。

背景技术

超燃冲压发动机(Scramjet)在高马赫(Ma5)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新型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。韩旭等人，蔡晓东等人，梁剑寒等人和陈伟强等人开展过超声速气流中采用热射流实现爆震起爆的实验和数值模拟研究，有助于加深对燃烧室超声速气流中爆震起爆的认识。这些基础研究中均采用一个独立供应燃料和氧化剂的热射流管进行热射流喷注与点火起爆，没有考虑具体的发动机应用实现。此外，对于超声速气流中爆震的动态稳定控制，蔡晓东等人开展过数值模拟研究，证明了热射流喷注一定程度上能够实现超声速气流中爆震的的动态稳定控制功能，不过不涉及具体的热射流控制方法实现。

现有技术中，爆震基发动机燃烧室中边界层的影响十分明显，在热射流点火起爆爆震燃烧波过程中，激波和边界层发生相互作用，使得起爆强度减弱，起爆后的爆震波由于边界层的影响发生前传，严重影响爆震波的有效利用，降低发动机的推力性能。

发明内容

针对背景技术中存在的缺陷，本发明提出了一种超声速爆震稳定自持的边界抽吸控制方法。本发明针对爆震基的超燃冲压发动机，对热射流起爆爆震波的结构方案进行优化，实现爆震波的有效起爆和驻定。

一种超声速爆震稳定自持的边界抽吸控制方法，该方法中的超燃冲压发动机包括进气道、隔离段、燃烧室和超声速喷管，在其燃烧室内布置有供热射流管内热射流喷出的热射流孔，在热射流孔的前、后方燃烧室的内壁上开设有若干抽吸孔，所有抽吸孔均通过管路与一抽吸泵联通；

采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，通过抽吸泵以及抽吸孔采用抽吸的方式对燃烧室内边界层的气流进行抽吸，同时喷入热射流实现爆震起爆。本发明通过在燃烧室的内壁面上开设抽吸孔，在爆震起爆时，开启抽吸泵，通过抽吸孔抽吸燃烧室内边界层低速区域的气流，抑制了起爆爆震波和边界层相互作用发生燃烧波前传，消除了边界层对爆震波的起爆的影响，使得爆震波能够在燃烧室中实现动态稳定传播。

进一步地，本发明中：在飞行过程中，可以根据超声速来流速度的大小，调整进气道预混气的当量比，保证爆震波的CJ爆震燃烧速度和超声速来流速度相等。

进一步地，本发明中：采用热射流进行超声速气流中的爆震其爆时，可以根据超声速来流速度的大小，确定抽吸泵抽吸的强度。