[发明专利]一种适用于再生冷却爆震燃烧室的燃油喷射系统

说明书

本发明提出了一种适用于再生冷却爆震燃烧室的燃油喷射系统，主要包括燃油箱、燃油增压泵、爆震燃烧室第一级换热器、爆震燃烧室第二级换热器、回热器、旁通调节阀、低压比涡轮、励磁发电机、气液分离室及雾化喷嘴。所述系统利用再生冷却过程中高温高压碳氢燃料在同励磁发电机共轴安装的涡轮中膨胀做功来转移燃烧室壁面高热流，实现热能向电能的转化，提高再生冷却能力；根据膨胀做功后低温低压混合态燃料的密度差来实现裂解后小分子气态燃料同大分子液态燃料的分离，并以起爆性能优异的小分子气态燃料旋流雾化液态燃料的方式喷射进入燃烧室，可解决传统混合态燃料喷射的压力脉动问题，实现均匀雾化及掺混。

技术领域

本发明涉及爆震发动机领域，具体为一种适用于再生冷却爆震燃烧室的燃油喷射系统。

背景技术

爆震推进发动机是一种基于爆震燃烧的新概念发动机，爆震燃烧化学反应速率极快，在燃烧室内直接利用其燃烧产生的爆震波来压缩气体，而新鲜反应物来不及膨胀便被转化为高温高压的燃烧产物，故爆震燃烧类似于等容燃烧。因此，基于爆震燃烧的发动机热循环比传统缓燃燃烧方式具有更高的热效率。此外，爆震发动机的结构比较简单，省去了压气机、涡轮机等部件，具有较高的推重比。基于上述优点，爆震燃烧推进发动机的研究获得了广泛的关注，是具有广阔应用前景的空天动力装置。

使用液态燃料作为空天动力推进剂，具有能量密度高、易贮存、冷却性能好和安全性高等优点。而在爆震推进动力装置中如何实现液体燃料的快速点火和起爆一直是一项重要研究课题，对于复杂液态碳氢燃料，由于雾化不良、工作稳定性差、起爆性能差等问题的存在，其DDT(Deflagration to Detonation Transition)时间和点火延迟时间相比于气态燃料大了近一个数量级。此外，使用液态燃料时，爆震燃烧后的烟气温度超过2000K，已超出壁面材料所能承受的最高温度，且当管壁温度大于燃料的自燃温度时，爆震燃烧室内喷注的燃料将会发生自燃现象，此时爆震失效。基于此问题，因冷却环腔内涂覆裂解催化剂的再生冷却方案可实现对燃烧室壁面冷却的同时获得起爆性能优异的小分子气态燃料而被广泛采用。然而，随着工作频率的提高或长时间工作，爆震燃烧释热量急剧增加，高的燃烧室壁面温度将导致燃油结焦积碳，堵塞通道及管路，额定携带燃油总量一定的条件下，再生冷却过程无法满足冷却需求。除此之外，传统冷却环腔内涂覆裂解催化剂的再生冷却方案中，因受限于涂覆面积等因素，碳氢燃料仅有少部分能够同催化剂充分接触，而受热裂解效率极低、易结焦，且碳氢燃料组分种类十分复杂，各组分物理及化学特性差异巨大，同一条件下始终无法实现液态碳氢燃料全部裂解为起爆性能优异的小分子气态燃料，最终高温气/液态混合燃料喷射进入燃烧室，而气/液态混合燃料存在的大的密度差又将导致喷射压力的脉动，喷射不稳定，恶化掺混及雾化，降低爆震起爆和燃烧性能。

鉴于上述问题，需要基于原有再生冷却方案提出一种新的系统来实现高频率长时间工作时爆震燃烧室壁面高热流的转移以及控制吸热裂解后混合态燃料的喷射过程，从而在解决热端部件防护问题的同时，获得爆震燃烧室内燃料的均匀雾化及掺混。

发明内容

要解决的技术问题

结合现有再生冷却爆震燃烧室研究设计方案，本发明提出一种适用于再生冷却爆震燃烧室的燃油喷射系统，以解决气/液态混合燃料喷射的压力脉动问题，实现均匀雾化及掺混，同时满足高频率长时间工作条件下爆震燃烧室壁面的冷却需求。

本发明的技术方案为：

所述一种适用于再生冷却爆震燃烧室的燃油喷射系统，主要包括燃油箱、燃油增压泵、爆震燃烧室第一级换热器、爆震燃烧室第二级换热器、回热器、旁通调节阀、低压比涡轮、励磁发电机、气液分离室及雾化喷嘴。