[发明专利]冲压发动机火焰稳定装置

说明书

一种冲压发动机火焰稳定装置，包括离心式燃油喷嘴、直流式燃油喷嘴、火焰稳定基座以及空气旋流器，所述火焰稳定基座整体呈环形，在火焰稳定基座的内部空间中布置有多个空气旋流器，空气旋流器之间以及空气旋流器与火焰稳定基座之间通过支撑框连接固定，离心式燃油喷嘴与空气旋流器的数量相同且分别对应设置在一空气旋流器上，直流式燃油喷嘴与空气旋流器的数量相同，直流式燃油喷嘴设置在火焰稳定基座上且在火焰稳定基座的环形方向上与空气旋流器位置是相互交错设置的。本发明在冲压发动机燃烧室头部形成局部旋流，该旋流的中心涡能有效稳定火焰，旋流燃气再点燃顺流的混合空气。本其具有流动阻力小、稳焰范围宽、热防护容易的优点。

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种利用旋流产生稳焰区的冲压发动机火焰稳定装置。

背景技术

公开号为105546578A，公开日为2016年5月4日的发明专利申请——一种火焰稳定器，其为克服火焰稳定器回流区内的油气比难以控制的问题，在环形V型槽的基础上，增加了径向的V型槽，并在其上开了多个吸气孔，以抽吸燃油进入回流区。

公开号为106642202A，公开日为2017年5月10日的发明专利申请——一种用于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置，其改进了传统支板方案，通过在支板上增加凹腔，同时在凹腔前沿的空气腔内喷注燃油，强化了燃油的雾化和蒸发，可在更宽广范围内实现火焰稳定。

但是，上述火焰稳定装置具有流动阻力大、热防护困难的缺点。典型的V型槽或支板的堵塞比需要在40％以上，才能达到足够的压力差，在后沿形成低速回流区，如此大的堵塞比就增大了流动阻力；同时，由于火焰在V型槽底部或支板侧边燃烧，火焰温度高，热流大，热防护很困难，例如，公开号为106642202A，公开日为2017年5月10日的发明专利申请——一种用于TBCC亚燃冲压发动机燃烧室的火焰稳定装置中的火焰就在支板上的凹腔内，难以防热。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种冲压发动机火焰稳定装置。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种冲压发动机火焰稳定装置，包括离心式燃油喷嘴、直流式燃油喷嘴、火焰稳定基座以及空气旋流器，所述火焰稳定基座整体呈环形，在火焰稳定基座的内部空间中布置有多个空气旋流器，空气旋流器之间以及空气旋流器与火焰稳定基座之间通过支撑框连接固定，离心式燃油喷嘴与空气旋流器的数量相同且分别对应设置在一空气旋流器上，直流式燃油喷嘴与空气旋流器的数量相同，直流式燃油喷嘴设置在火焰稳定基座上且在火焰稳定基座的环形方向上与空气旋流器位置是相互交错设置的。

本发明中，火焰稳定基座为圆环形，所有空气旋流器呈轴对称的圆形分布且所有空气旋流器所在的圆环的中心轴线与火焰稳定基座的中心轴线重合。进一步地，本发明所述火焰稳定基座的直径D由如下关系式确定：

其中，和ρ分别为空气流量和密度，为发动机总体参数；u为空气流速，一般选取空气流速为40～80m/s，优选为60m/s。

本发明在火焰稳定基座的内部空间中布置有多个空气旋流器，空气旋流器的数目通常为3～6个，当火焰稳定基座的直径D较小时，选取3个，当火焰稳定基座的直径D较大时，选取6个。空气旋流器选取为轴流式，空气旋流器由内筒、外筒和旋流叶片组成；内筒设置在外筒内部，内筒和外筒均为圆筒形且两者同轴设置，内筒和外筒的中心轴线与火焰稳定基座的中心轴线平行。多片旋流叶片均匀且呈圆周布设在内筒外壁上，旋流叶片为直叶片或曲叶片，通常选取8～16片。来流空气从空气旋流器的一侧流入，该侧即为旋流叶片入口，来流空气经空气旋流器流出的一侧即为旋流叶片出口。旋流叶片入口与内/外筒轴线方向平行，旋流叶片出口与轴线方向所形成的夹角为叶片出口角α，一般叶片出口角α为30～60度角，优选为45度。空气旋流器的旋流度S一般选取为0.6～1.0，优选为0.8，这里，空气旋流器的旋流度是衡量空气转动的重要参数，定义为：