[发明专利]一种设置有脉冲点火源的支板喷注燃烧装置及点火方法

说明书

本发明涉及属于超燃冲压发动机燃料喷注与火焰稳定技术和燃烧组织技术领域，公开了一种设置有脉冲点火源的支板喷注燃烧装置及点火方法，其中支板喷注燃烧装置包括支板固定面板，所述支板固定面板上设有支板本体，所述支板本体的尾部为尾缘交错结构，所述支板本体的尾部分别设有阵列式点火电极和多个燃料喷孔，所述阵列式点火电极与高压脉冲电源电连接。本发明能够实现对燃料的不间断点火，充当连续点火源，高压脉冲电源对放电进行主动控制，诱导产生的点火源连续稳定，不容易被脉动的空气气流所吹熄，保证了火焰衔接和稳定的功能。

技术领域

本发明属于超燃冲压发动机燃料喷注与火焰稳定技术和燃烧组织技术领域，具体地涉及一种设置有脉冲点火源的支板喷注燃烧装置及点火方法。

背景技术

超燃冲压发动机结构简单，一般由进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管等关键部分组成，而燃烧室作为发动机的心脏，更是其研究的重点。燃烧室内的燃烧是在超声速气流中进行的，由于燃烧室长度短，这就使得燃料在燃烧室内停留的时间非常短，只有毫秒级，很难实现燃料的着火并稳定燃烧。为了在有限长度的燃烧室内获得较高的燃烧效率，就不得不发展燃料的喷注以及增强混合技术。超声速来流的动压较高、可压缩剪切层增长速率很慢，燃料的穿透度非常有限，实现混合和燃烧的难度很大。

为了解决这一问题，研究人员在燃烧室的来流中心设置一个喷注燃料的支板，以此来获得更好的燃料分布范围，并增强燃料与空气的混合，提高燃烧效率。许多研究已经证明，支板的尾部能够产生有助于火焰稳定的回流区，同时经过特殊设计的支板尾部还能够产生流向涡，有利于燃料与空气的掺混。支板已经成为目前应用广泛的一种混合增强装置。

但是目前所提出的各种支板结构在实际的喷注燃烧应用中还存在一定的问题。为了减少支板造成的气流阻力，支板的厚度往往设计得比较小，由此导致支板尾端形成的回流区域范围很小，其火焰稳定范围存在一定的限制。由于气流不稳定性的影响，支板在进行燃料的喷注和燃烧过程中，回流区形成的火焰稳定源可能被吹脱，而导致火焰无法衔接而熄火。对于采用了交错尾缘以强化混合效果的支板，其火焰稳定范围更小。虽然引入了流向涡，增强了展向扩散的混合效果，但是使尾部回流区的尺寸和点火源的面积变得更小，大大降低了火焰稳定性能。

作为支板喷注燃烧器的典型设计，文献《Experimental Study of StrutInjections in a Supersonic Combustor Using OH-PLIF》(AIAA 2005-3304)公开了各种形状参数的支板构型。文献《Planar Imaging Investigation of Supersonic HypermixerConfigurations》(Aiaa Aerospace Sciences Meeting Including the New HorizonsForum and Aerospace Exposition.2013:7-13)对四种不同尾部结构的支板喷注器进行了研究。这些文献只从喷注混合性能入手提出各种支板喷注燃烧装置，而没有考虑燃烧性能。文献《Numerical and Experimental Studies of Injection Modeling for SupersonicFlame-Holding》(Journal of Propulsion and Power,2005,21(3):504-511.)在对支板的研究中发现，支板稳定火焰的能力与支板的厚度密切相关。如果支板的厚度低于7mm，将完全无法建立燃烧区。而且他们认为，如果用来稳定火焰，厚度低于10mm的支板需要谨慎选用。

现有的技术大多从支板的喷孔位置和尾缘结构气动设计的角度去优化支板喷注燃烧装置的性能。实际工程应用时需要对阻力损失、喷注混合性能、燃烧性能进行权衡，在设计上存在很多限制。

发明内容