[发明专利]一种具有隔离层的预混燃料喷嘴

说明书

本发明公开一种具有隔离层的预混燃料喷嘴，燃料喷嘴为若干个，分别设置在旋转爆轰发动机燃烧室的入口处，每个燃料喷嘴两侧设有若干个惰性气体喷嘴。本发明可以实现在爆轰燃烧室内存在高温燃烧产物的情况下，通过分层供入预混燃料与惰性气体，降低预混燃料与高温产物的接触面面积，进而降低燃料爆燃燃烧的比例，提高热效率与推进稳定性。

技术领域

本发明涉及一种具有隔离层的预混燃料喷嘴。

背景技术

在旋转爆轰燃烧室中，燃料应当尽可能多的以爆轰的形式组织燃烧，以便满足设计目的。但是，在新鲜燃料与爆轰产物的分界面，存在爆燃燃烧现象，由于爆燃燃烧行为接近等压燃烧过程，其热效率低于等容燃烧过程的爆轰。因此，燃料爆燃现象将降低发动机的热效率。特别的，可能诱导爆轰波传播模式的改变，引起发动机推力极大的不稳定性。通过使用惰性气体隔离新鲜燃料与爆轰产物，可以有效地降低爆燃现象的发生。就这点而论，具有隔离层的预混燃料喷嘴可以提高总体稳定性和热效率。

旋转爆轰发动机，又称连续旋转爆轰发动机或旋转爆震发动机，是近年来为完善爆轰推进技术提出的一种新型爆轰发动机。旋转爆轰发动机的工作原理是基于旋转爆轰波在盘状或环形腔内的连续传播，其燃烧室通常为同轴圆环腔，如图1-1所示(a为燃料，b为爆轰产物，c为燃烧室出口，d为环形燃烧室，e为燃料供给出口)。图1-2所示，A为旋转爆轰波，紧贴进气界面沿周向传播；B是斜激波，由爆轰波诱导产生；G为新鲜燃料层。旋转爆轰波不具备向燃烧室出口方向传播的运动分量，因此被局限在环形燃烧室内，绕轴旋转。爆轰产物沿轴向膨胀，偏离引导激波的波后区域，为新鲜可燃气体的同步注入提供可能，这使爆轰波的波前始终充满未燃气体，进而维持爆轰波的持续传播。高压的爆轰产物沿轴向喷出，产生推力。由于该爆轰波持续传播于燃烧室中，故无需高速来流和高频点火。

在图1-2中，除新鲜燃料G所示区域以外，燃烧室内充满了高温高压的爆轰产物，新鲜燃料受此影响将发生燃烧，且该燃烧过程发生在爆轰波扫过新鲜燃料之前，燃烧形式为爆燃形式。预混燃烧分为爆燃和爆轰两种形式，其中爆轰过程化学反应迅速，近似为等容反应过程，具有熵增小、热循环效率高等优点。当爆轰发动机燃烧室内燃料以爆燃形式反应的比例增加时，燃烧室热循环效率下降。

旋转爆轰发动机推进性能的主要损失机制之一是推进剂在爆轰波通过前过早地以爆燃形式消耗掉，燃料提前燃烧导致发动机比冲降低，并且可能诱发爆轰波传播模式转变，进而导致流场发生剧烈波动。为了提高发动机推进性能，需要抑制燃料的提前燃烧，因此提出燃料分层喷注技术。该技术通过隔绝引起燃料提前燃烧的高温爆轰产物，可以有效降低燃烧室内爆燃现象消耗燃料的比例，从而提高发动机热循环效率。同时，用于保护新鲜燃料的惰性气体还可以起到冷却流场的作用，有效地降低燃烧室内部与出口处的温度。

可以看出，存在提高爆轰发动机热效率与稳定性的期望。这种改进燃料喷嘴设计应当适应和/或消除爆燃燃烧引起的相关损失。燃料爆燃比率的降低应当提高总性能和效率。

发明内容

旋转爆轰发动机推进性能的主要损失机制之一是推进剂在爆轰波通过前过早地以爆燃形式消耗掉，燃料提前燃烧导致发动机比冲降低，并且可能诱发爆轰波传播模式转变，进而导致流场发生剧烈波动。为了提高发动机推进性能，需要抑制燃料的提前燃烧，因此本发明提出一种具有隔离层的预混燃料喷嘴。

本发明可通过以下技术方案予以实现：

一种具有隔离层的预混燃料喷嘴，所述燃料喷嘴为若干个，分别设置在旋转爆轰发动机燃烧室的入口处，每个燃料喷嘴两侧设有若干个惰性气体喷嘴。

进一步地，所述若干个燃料喷嘴等间距分布，并被所述惰性气体喷嘴隔开。

进一步地，所述惰性气体喷嘴包括中间的预混燃料通道，和外周的惰性气体通道。

进一步地，所述惰性气体通道可分割为若干个。