[发明专利]一种带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器

说明书

本发明涉及一种带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器，支板火焰稳定器由V型面、平直段、垂直尾缘和喷口组成，在支板火焰稳定器两侧面都布置3～5个锯齿型凹槽涡流发生器。本发明的优点和取得的有益效果为：采用该带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器，燃料掺混速度快、燃烧速度快、流阻损失小。

技术领域

本发明涉及一种带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器，其可用于超燃冲压发动机的燃烧室，属于航空技术领域。

背景技术

超燃冲压发动机从来流中获取氧化剂，相比火箭发动机具有更高的比冲和推重比，可作为高超声速飞行器的动力装置。然而，超燃冲压燃烧室内气流以超声速流动，燃料在燃烧室内的停留时间只有毫秒量级，因而需采取措施降低流速，增加燃料停留时间。火焰稳定装置即是通过在燃烧室中建立回流区，使回流区内流速降低，并增加燃料—空气混合物在燃烧室停留时间。这样火焰能够驻留在回流区内，作为火源维持整个燃烧室火焰的持续存在和传播。

支板火焰稳定器燃料射流方向与超声速来流平行，燃料—空气掺混仅靠支板尾流区的大尺度结构和支板前缘激波，燃料在空间的分布和掺混效果较差，使得完全燃烧距离较长，火焰稳定器后回流区火焰在横向来不及传遍整个燃烧室就被排出，严重影响了燃气的膨胀程度。为保证稳定燃烧，实现快速的燃料混合和燃烧扩散，需要增加支板火焰稳定器尾缘高度来产生相应规模的回流区，导致支板阻塞面积增大，在超声速流场中将使总压损失急剧增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器的两侧面布置锯齿型凹槽涡流发生器，以提高燃料的掺混效率，缩短燃烧室完全燃烧距离，扩大燃烧区域，并保持总压损失在可接受范围内。

本发明通过如下技术方案实现。

一种带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器，在支板火焰稳定器两侧面都布置3～5个锯齿型凹槽涡流发生器。

进一步，所述的支板火焰稳定器，弦长30～100mm，展长由具体发动机确定，主要由V型面、平直段、垂直尾缘和喷口组成。V型面夹角10°～20°，平直段在支板弦向长0～50mm，垂直尾缘高6～20mm，垂直尾缘中间布置喷口，喷口直径0.4～3.5mm，相邻喷口间距3.4～12.5mm。

进一步，所述的锯齿型凹槽涡流发生器，凹槽前缘为圆弧型面，半径1～2mm，弧顶距凹槽后缘10～15mm，凹槽前缘与凹槽侧面相切连续，凹槽两侧面夹角30°～60°，凹槽后缘在支板展向长10～14mm，凹槽后缘与支板尾缘重合，凹槽后缘高度是垂直尾缘高度的0.15～0.25倍，相邻锯齿型凹槽弧顶间距12～20mm。

与现有技术相比，本发明的优点和取得的有益效果为：

第一，燃料—空气掺混速度更快。常规支板火焰稳定器尾部产生回流区，在高速来流情况下，燃料的掺混速度较慢。常规支板火焰稳定器两侧布置锯齿型凹槽涡流发生器后，能诱导产生多对反向旋转的流向涡。因流向涡的作用，燃料的掺混速度加快，燃料分布区域增大。

第二，燃烧速度快。在常规支板火焰稳定器两侧布置锯齿型凹槽涡流发生器后，引入反向旋转的流向涡，能强化流场各部分之间的热质对流传输，从而提高火焰传播速度，加速燃烧。

第三，流阻损失小。要达到同样的燃料—空气掺混速度和燃烧速度，与增加常规支板火焰稳定器的尾缘高度相比，在常规支板火焰稳定器两侧布置锯齿型凹槽涡流发生器，所引起的流阻损失更小。

附图说明

图1为常规支板火焰稳定器的等轴视图。

图2为本发明中带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器的等轴视图。

图3为本发明中带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器的侧视图。

图4为本发明中带锯齿型凹槽涡流发生器的支板火焰稳定器的俯视图。