[发明专利]吸气式脉冲爆震发动机多孔燃油雾化掺混结构及方法

说明书

本发明提出一种基于多孔介质的吸气式脉冲爆震发动机燃油雾化掺混结构，其结构以多孔介质具有孔隙直径为微米级，并采用内深激光打孔金属材料制成的燃油多孔喷嘴的方式，可加深喷注深度，解决燃油穿透深度不足的问题，提高来流空气的利用率。大面积的供油使得油气分布均匀，预混气的质量更好。本发明可解决现有燃油喷嘴所造成的雾化性能不足的缺陷，显著提高脉冲爆震发动机燃油雾化性能，使得发动机能够基于液态燃料稳定的持续爆震。

技术领域

本发明涉及脉冲爆震发动机领域，具体涉及一种吸气式脉冲爆震发动机燃油雾化掺混结构。

背景技术

吸气式脉冲爆轰发动机在先进空天飞行器的推进系统中，利用大气中的空气作为氧化剂，使用具有能量密度高、易贮存、冷却性能好和安全性高的液态燃料作为推进剂，在燃烧室内配合燃油的喷注，通过燃烧实现热功的转化，产生推进力。但燃用液态燃料的PDE，燃烧前必须经历燃油的雾化，蒸发和掺混过程，形成具有一定蒸发度的较均匀、可爆的混气。

燃油雾化是实现脉冲爆震发动机具备良好的起爆性能的关键，与常规航空发动机相比，脉冲爆震发动机对混气质量要求很高，(1)理想情况要求SMD≤10μm，燃油蒸发度大于70％，而且油气比分布均匀；(2)不但要求按给定频率间歇供油，而且要求供油和进气同步。

目前吸气式脉冲爆轰发动机采用较多的为雾化喷嘴，包括直射式雾化喷嘴和离心式喷嘴，直射式雾化喷嘴结构简单，能够在较低的压力条件下提供足够质量流量的燃油，但雾化效果较差；离心式喷嘴雾化质量较好，但需要较高的燃油供油压力，使得雾化装置较为繁琐。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种有效提高液态燃料雾化性能，并改善燃料与空气的掺混质量的基于多孔介质的吸气式脉冲爆震发动机燃油雾化掺混结构。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于多孔介质的吸气式脉冲爆震发动机燃油雾化掺混结构，包括在所述发动机进气段的后方，与进气罩连通并同轴设置的空心掺混管，在空心掺混管的周面法向上设有燃油入口通道，在所述空心掺混管管腔内，所述燃油入口通道的燃油出口处设有燃油多孔喷嘴；

所述的燃油多孔喷嘴为两端封闭且具有燃油空腔的管状喷嘴，所述燃油空腔的轴线与所述空心掺混管的轴线相平行设置，所述燃油入口通道与所述的燃油空腔相连通设置；

迎着空气来流方向一侧的燃油多孔喷嘴的端部为所述燃油多孔喷嘴的前缘端面，所述前缘端面是一对沿着空气流动方向角度逐渐增大的倾斜侧壁面组成，使所述的前缘端面形成楔形前缘端面，且所述倾斜侧壁面沿所述空心掺混管的径向方向延伸设置；所述燃油多孔喷嘴背向空气来流方向的一端为沿着所述空心掺混管的径向方向延伸的竖直后壁面；所述的一对倾斜侧壁面和竖直后壁面之间为连接侧壁面，连接侧壁面配合所述的一对倾斜侧壁面与竖直后壁面围成了密闭的燃油空腔；所述的楔形前缘端面的剖面可以呈等腰或非等腰三角状，即在燃油多孔喷嘴的迎风端面形成高速风流的倾斜过渡区；

分别在所述的一对倾斜侧壁面、竖直后壁面、连接侧壁面上均布有多个法向设置的喷注孔；

所述的燃油多孔喷嘴用于使冲击在多孔内壁面上破碎，并具有切向速度冲出至多孔外壁面的燃料，进而被进气段进入的沿轴向流经的高速空气进一步剪切破碎，使燃油撕裂为细小的油滴，并在燃油多孔喷嘴后端的空心掺混管内形成燃油空气掺混段，经过燃油空气掺混段，然后最终进入爆震段参与燃烧反应。

进一步的，在所述空心掺混管周面法向上设有安装孔，燃油管通过螺纹连接在所述的安装孔中，所述燃油管的燃油出口与所述燃油多孔喷嘴的燃油空腔相连通，所述燃油管与燃油空腔形成一个闭合燃油腔，所述燃油管的燃油管通道即为所述的燃油入口通道。

进一步的，所述的燃油多孔喷嘴是呈圆柱或长方体或正方体的管状喷嘴，燃油多孔喷嘴在空心掺混管内腔径向的延伸深度与所述空心掺混管的直径比值为0.1～0.2。

进一步的，所述喷注孔的孔径大小为0.001mm～0.003mm。