[发明专利]一种自持式流体振荡器及火箭基组合循环发动机

说明书

本发明公开一种自持式流体振荡器及火箭基组合循环发动机，该振荡器包括分隔板，在所述分隔板同一面上沿长度方向并排开设有：凹腔，沿所述分隔板的宽度方向贯通；斜坡结构，包括沿所述分隔板的宽度方向间隔排列的多个斜坡；每个斜坡的一端均与所述凹腔连通，另一端均沿所述分隔板的长度方向逐渐向上倾斜至所述分隔板的上表面。用于解决现有技术中结构复杂、不易安装、激励频率单一、混合效果不佳、适应性不高等问题，利用超声速凹腔流动可自持式高频压力脉动，并结合斜坡构型诱导产生流向涡结构，通过超声速气流自身流动的能量，达到混合增强的目的。

技术领域

本发明涉及流动控制技术领域，具体是一种用于超声速混合增强的自持式流体振荡器及火箭基组合循环发动机，尤其涉及一种可产生明显三维效应和高频扰动的混合增强装置。

背景技术

在航空航天的发动机中，广泛涉及到两股气流掺混的问题。以火箭基组合循环发动机为例，燃料与空气的快速掺混是该发动机设计的核心技术，直接关系着发动机的工作性能。根据作用方式的差别，可将混合增强技术分为主动混合增强和被动混合增强两个方面。

主动混合增强技术通过激励器主动施加外部激励,激发混合层不稳定波的增长，调节流场中的拟序涡结构，满足增强掺混的需要。常见的激励形式有合成射流、声波扰动、强迫振动等。文献(Zhang D,Tan J,and Lv L.Investigation on flow and mixingcharacteristics of supersonic mixing layer induced by forced vibration ofcantilever.Acta Astronautica 2015(117):440-449.)将一种强迫振动器作为激励器实现开环主动控制，驱动超声速平面混合层的隔板以正弦形式强迫振动，与未施加强迫振动激励相比，该方法使得混合层远场的动量厚度增长了131％，增混效果显著。其振动装置如图1、图2所示，中间隔板将双马赫数喷管产生的上、下两股超声速气流分隔开，振动板与中间隔板尾缘相接，振动装置通过固定支杆与振动台相连。在工作时，振动台带动振动板在垂直方向上振荡，其最大振动幅值为2mm。

被动混合增强技术是依靠流道或隔板的形状变化诱导产生不稳定涡结构，实现混合增强。如波瓣、三角形扰动和凹腔等。扰动片或波瓣等装置的尺寸设计与混合层拟序涡结构的特征波长密切相关。文献(Salman H,Jiang D,Page G J and McGuirk G G.Linearand non-linear turbulence model predictions of vortical flows in lobedmixer.Aeronautical Journal-New Series,2004,108(1080):65-73)给出了一种典型的波瓣混合器的构型，如图3所示，内侧燃气与外侧空气通过波瓣进行混合。该装置可以将混合效果提高2倍，其主要作用机理是引入了大尺度的流向涡结构。

但是上述两种方法均存在一定的缺陷。在工程实际中，主动混合增强技术需要在发动机内安装激励器，从外部输入能量扰动流场，结构复杂，不易安装；激励器一般需在高温环境中正常稳定工作，这对激励器的设计和可靠性提出了更高要求；此外，由于激励器多以单频率方式工作，在高维非线性强烈的高速混合层中流动中，效果难以保证，适应性差。被动混合增强装置虽然结构简单，便于安装，但仅可在特定的设计工况中有效工作，工作范围窄。

发明内容

本发明提供一种自持式流体振荡器及火箭基组合循环发动机，用于克服现有技术中结构复杂、不易安装、激励频率单一、混合效果不佳、适应性不高等缺陷，利用超声速凹腔流动可产生自持式高频压力脉动，并结合斜坡构型诱导产生流向涡结构，通过超声速气流自身流动的能量，达到混合增强的目的；兼具主动混合技术与被动混合增强技术的优势，获得了更佳的混合增强效果。

为实现上述目的，本发明提供一种自持式流体振荡器，包括分隔板，在所述分隔板同一面上沿长度方向并排开设有：

凹腔，沿所述分隔板的宽度方向贯通；