[发明专利]基于高压放电的智能雾化喷嘴及喷雾控制系统

说明书

本发明公开了一种基于高压放电的智能雾化喷嘴及喷雾控制系统，包括内流体通道、外流体通道、高压电极、两个低压电极和高压电源；外流体通道用于通入液体燃料；内流体通道用于通入气体氧化剂，其下游末端短于外流体通道，形成缩进区；高压电极和两个低压电极均呈环形，且均与高压电源相连接；高压电极设在靠近尾部的内流体通道中，其外壁面贴附在内流体通道的内壁面；两个低压电极均等距嵌套在高压电极上游端和下游端的内流体通道的外壁面上；高压电极和任一个低压电极相接通，均形成一个放电激励器；两个放电激励器能形成两个方向的等离子体诱导射流。本发明能根据需求快速地调节雾化角、雾化液滴直径等参数，进而实现雾化效果的有效控制。

技术领域

本发明涉及空天动力装置领域，特别是一种基于高压放电的智能雾化喷嘴及喷雾控制系统。

背景技术

在液体火箭发动机、航空发动机等飞行器动力装置中，通常以液态煤油为燃料，液体燃料从燃烧室喷嘴喷出，要先后经历雾化、蒸发、混合、燃烧这几个子过程。其中，雾化作为第一个子过程其组织的好坏直接关系到随后的其它子过程，进而影响发动机燃烧室内点火成败、火焰稳定性、燃烧效率等。具体来说，当喷嘴产生的雾化液滴过大，则可能发生粗糙燃烧，蒸发时间变长，点火困难；当雾化后的液滴过细，则可能导致燃烧不稳定的发生。尤其对于液体火箭发动机内的燃烧过程对雾化极其敏感，液滴的雾化参数决定了推进剂空间分布，进而对燃烧室化学反应热的空间分布产生影响，而释热与压力振荡关系直接影响燃烧的稳定与否，推进剂雾化状态在很大程度上决定了燃烧效率与燃烧稳定性。

目前，用于航空航天领域的雾化喷嘴主要有直筒式、撞击式、同轴式，其中同轴式又分为同轴直流和同轴旋流。目前研究普遍认为直筒式喷嘴雾化距离长、效果差，在液体火箭发动机和航空发动机内基本不予采用；而撞击式喷嘴需要多股射流，雾化均匀度难以保证，也仅仅用在少数大型发动机上；同轴式喷嘴因雾化效果相对较好，装置结构紧凑，被广泛用于各类空天动力装置中。

然而对于某一型号发动机，其喷嘴构型是固定的，在发动机工作过程中由于各种内部和外部因素都可能导致燃料喷射参数发生难以预料的变化，当燃料雾化参数超出发动机正常工作范围后轻则导致燃烧效率降低，发动机推力下降，重则导致点火失败，甚至发生爆炸。现有的解决方案通常只能是调节推进剂流量，精确控制难度大，调节范围有限，且存在延迟响应等问题。因此，如何实现喷嘴雾化效果的动态、快速调节，以达到及时、有效地应对工况条件变化，是液体火箭发动机，乃至航空发动机、冲压发动机等采用液体燃料的动力装置面临的重要技术难题。

等离子体空天应用技术近年来受到广泛关注，利用高压放电产生等离子体能用于流动控制与辅助燃烧，国际上最新研究成果显示高压放电等离子体可以控制的气流速度范围覆盖了从低速到超音速，在燃烧方面则可以缩短点火延迟、提高燃烧效率、稳定火焰等。将高压放电等离子体技术应用于发动机喷嘴雾化，发挥电控效应迅速、无惯性部件、工作范围宽等优点，将能实现喷嘴雾化性能的智能、高效、宽范围控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于高压放电的智能雾化喷嘴及喷雾控制系统，该基于高压放电的智能雾化喷嘴及喷雾控制系统能够根据需求快速、有效地控制同轴式喷嘴的雾化效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于高压放电的智能雾化喷嘴，包括内流体通道、外流体通道、高压电极、两个低压电极和高压电源。

外流体通道同轴设置在内流体通道的外侧，用于通入液体燃料。内流体通道的上游首端为气体氧化剂入口，内流体通道的下游末端短于外流体通道，形成缩进区。

高压电极和两个低压电极均呈环形，且均与高压电源相连接。高压电极设置在靠近尾部的内流体通道中，高压电极的外壁面贴附在内流体通道的内壁面。

两个低压电极均等距嵌套在高压电极上游端和下游端的内流体通道的外壁面上。