[发明专利]一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室

说明书

本发明一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，主要由预燃燃烧室、直射式煤油喷嘴、煤油冷却腔和旋转爆震燃烧腔组成。为了解决基于煤油旋转爆震燃烧室中，极短时间内煤油雾化蒸发困难，旋转爆震波的起爆和传播稳定性差的问题，通过在预燃燃烧室中部分煤油和氧气提前进行燃烧，随后高温的已燃产物和氧气供给到旋转爆震燃烧腔，通过提高燃烧腔内未燃烧的煤油和氧气温度，加快了煤油的雾化蒸发速度，促进了煤油与氧气的快速掺混，混合更加均匀的煤油和氧气更有利于旋转爆震波的快速起爆和稳定传播。相较于传统结构的旋转爆震燃烧室，本发明通过增加预燃燃烧室的方式，改善基于煤油旋转爆震波的起爆和稳定传播特性，对旋转爆震燃烧室的工程应用非常重要。

技术领域

本发明属于旋转爆震燃烧室技术领域，具体涉及一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室。

背景技术

随着科学技术的高速发展，探索宇宙的活动越来越频繁，全世界每年发射的火箭数量也越来越多。现有的火箭发动机均采用基于等压燃烧的缓燃燃烧方式，技术水平较为成熟，进一步提高燃烧室的燃烧效率和发动机的热循环效率非常困难。自然界中存在一种比缓燃燃烧更加剧烈的燃烧方式——爆震燃烧，与缓燃燃烧相比，爆震燃烧由于在其化学反应区之前存在一道正激波，未反应气体受到激波的压缩作用，其反应压力更高，燃烧速率更快，对应的热循环效率更高。将爆震燃烧应用到现有的火箭发动机中，由于爆震燃烧的燃烧速率明显高于缓燃燃烧，相同供给流量条件下，基于爆震燃烧的燃烧室体积更小；同时，由于爆震燃烧的自增压作用，能够提高动力装置的热循环效率。

另一方面，航天飞行器受体积、重量和安全性的要求，通常需携带能量密度更高，储存更加安全的液态燃料。但对于爆震燃烧，液态燃料需要的反应能量更高，对液态燃料反应前的雾化效果，与氧化剂的掺混效果要求更高。因此，与气态燃料相比，基于煤油旋转爆震波的起爆难度更大，稳定传播特性更差。为了解决基于煤油旋转爆震波起爆难度大，稳定性差的问题，本发明提出了一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，先利用预燃发生器中的氧气与少量煤油进行贫燃燃烧，随后喷射到旋转爆震燃烧腔中与氧气和煤油进行混合，由于预燃发生器排出的混合气体温度较高，有利于煤油的快速雾化蒸发，大大减小基于煤油旋转爆震波起爆和稳定自持传播较为困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，通过带预燃燃烧室的方式，拟解决基于煤油旋转爆震波起爆特性差，稳定传播特性差的问题，本发明可以应用于火箭发动机等领域。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种带预燃燃烧室的旋转爆震燃烧室，包括预燃燃烧室、直射式煤油喷嘴、煤油冷却腔和空桶型燃烧室；

所述的预燃燃烧室位于旋转爆震燃烧室最左端；左侧预燃燃烧室盖板的中心为氧气供给孔，外侧为沿周向均匀分布的若干煤油喷注孔；圆环形外壁靠近右侧，预留了多排，每排若干沿周向均布的氧气供给孔；右端为预燃燃烧室的出口，中心为锥形结构，锥形结构外侧为沿氧气供给环缝；

所述的空桶型燃烧室位于预燃燃烧室出口一侧，是由燃烧室外环和燃烧室端盖组成的圆形空腔结构；空桶型燃烧室和预燃燃烧室的轴向位置相同，相互之间通过燃烧室端盖分隔；燃烧室外环靠近空桶型燃烧室头部一侧预留了两个圆形通孔，分别为预爆管安装孔和高频压力传感器安装孔；

所述的煤油冷却腔位于燃烧室外环内部，为环形空腔结构，在靠近燃烧室外环右侧，预留了两个圆形通孔，为煤油的供给孔；

所述的直射式煤油喷嘴位于燃烧室外环，且靠近燃烧腔的左侧，为圆形通孔结构，数量为180个；直射式煤油喷嘴沿轴向分布了三排，沿周向均匀分布了60列；空桶型燃烧室和煤油冷却腔之间通过直射式煤油喷嘴进行连接。

本发明进一步的改进在于，预燃燃烧室左侧端盖的中心为氧气供给孔，氧气供给孔的外侧预留了8个沿周向均匀分布的煤油离心喷嘴，氧气和煤油分别通过氧气供给孔和煤油离心喷嘴供给到预燃燃烧室参与燃烧。