[发明专利]基于超声速冲压斜爆震的燃烧室、发动机及飞行器

说明书

本发明提供一种基于超声速冲压斜爆震的燃烧室、发动机及飞行器，燃烧室内设置有斜坡，所述斜坡自燃烧室入口端向燃烧室出口端向上倾斜设置，与斜坡相对的燃烧室一侧壁面上设置有高能激光发射装置，高能激光发射装置能够发射激光并在斜坡上方的诱导斜激波后聚焦，激光聚焦后充当一个高能点火源，向流场中注入能量，点燃预混气从而促进斜爆震波起爆。本发明将高能激光与小角度物理斜坡相结合，在斜坡诱导的情况下利用高能激光聚焦，在诱导斜激波后进行点火，从而能够有效促进斜爆震波起爆。

技术领域

本发明属于高超声速推进技术领域，更具体地，涉及一种基于超声速冲压斜爆震的燃烧室、发动机及飞行器。

背景技术

近年来，高超声速推进领域成为国内外竞相追逐的新的领域，高超声速飞行器在国防军事领域极具发展潜力。目前基于Brayton等压燃烧循环的超燃冲压发动机能够在一定范围内实现高马赫飞行，并且在技术上也已经取得了较大进展。但由于其燃烧方式自身的限制，热力循环效率很难有所提高。而爆震发动机则具有比传统超燃冲压发动机更高的热力循环效率和更快的热释放效率，同时还具有结构简单、尺寸小的优点。特别是斜爆震发动机，更适合于马赫8以上的冲压飞行。在斜爆震发动机的燃烧室中，爆震波通过斜坡诱导起爆，起爆后的斜爆震波能够驻定在斜坡表面，并且燃烧区域仅仅在爆震波面附近，快速完成化学反应，并产生推力。斜爆震波的成功起爆和驻定是斜爆震发动机工作的前提，由于斜爆震波自身的特性，基于斜爆震的飞行器只能在一定的有限的飞行工况内才能使得斜爆震波驻定，从而使斜爆震发动机正常工作。拓宽斜爆震波的驻定范围是斜爆震发动机走向应用必须解决的问题。

对于特定的预混气来流，爆震波起爆并且驻定对斜坡角度有一定的要求，当斜坡角度过小时难以起爆爆震波，当斜坡角度过大时斜爆震波会发生前传。在这种条件下，通过有效的主动或者被动措施促进斜爆震波的起爆，并且控制爆震波不发生前传将对斜爆震发动机的工作产生重要意义。

现有的斜爆震发动机方案一般采用固定角度的斜坡在超声速来流中诱导斜爆震波起爆，小角度难以起爆，大角度时又很容易造成斜爆震波的前传，特别是在目前难以获得高马赫来流的情况下更是难以实现爆震波的驻定。即便是斜爆震波能够在大角度下驻定也会显著增加总压损失，显著降低斜爆震发动机的热力循环效率，因此小角度斜坡下的爆震波起爆和驻定是目前实验研究中的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超声速冲压斜爆震的燃烧室、发动机及飞行器。本发明将高能激光与小角度物理斜坡相结合，在斜坡诱导的情况下利用高能激光聚焦，在诱导斜激波后进行点火，从而能够有效促进斜爆震波起爆。

本发明的技术方案是：

基于超声速冲压斜爆震的燃烧室，所述燃烧室内设置有斜坡，所述斜坡自燃烧室入口端向燃烧室出口端向上倾斜设置，与斜坡相对的燃烧室一侧壁面上设置有高能激光发射装置，高能激光发射装置能够发射激光并在斜坡上方的诱导斜激波后聚焦，激光聚焦后充当一个高能点火源，向流场中注入能量，点燃预混气从而促进斜爆震波起爆。本发明在燃烧室中将高能量激光和小角度斜坡相结合，通过高能激光器提供起爆能量，在小角度或者预混气活性较低时起爆斜爆震波，减小斜爆震发动机的热力循环效率损失，增强斜爆震波的起爆。

作为本发明的优选方案，所述高能激光发射装置包括激光控制器、激光器以及聚焦透镜，激光控制器空时激光器的工作状态，调节激光器发射激光的强度，聚焦透镜设置在激光器的出射光路上，对激光器发射激光进行聚焦，使发射激光在斜坡上方的诱导斜激波后聚焦。

作为本发明的优选方案，斜坡的倾斜角度小于CJ偏转角，CJ偏转角是指能够在来流条件下通过斜激波的压缩作用自发实现起爆，并形成斜爆震波的最小偏转角，此时形成的斜爆震波拥有最小的波角，称为CJ斜爆震波，这种斜爆震波具有最小的熵增和最大的热力循环效率，CJ偏转角可根据来流条件计算得到，一般在15度左右。

基于超声速冲压斜爆震的发动机，包括进气道和燃烧室，所述燃烧室为上述任一种基于超声速冲压斜爆震的燃烧室。