[发明专利]基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法

说明书

本发明公开了基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法，该装置包括：预燃室、钝体稳定器、喷油支杆、多个滑动弧等离子体激励器和凹腔，其中：预燃室作为旁路通过凹腔与超声速燃烧室连通；多个所述滑动弧等离子体激励器一部分设置于所述预燃室，另一部分设置于凹腔；通过将进气道边界层抽吸与超声速燃烧室点火起动相结合，充分利用边界层的气流和能量，利用预燃室的高温燃气，进一步通过等离子体激励辅助超声速燃烧室的点火起动和稳定燃烧；可以实现超燃冲压发动机的可重复点火，具有快速响应的能力，有利于提高超燃冲压发动机在低马赫数飞行条件下的快速可靠点火起动性能与稳定工作裕度。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，更具体的说是涉及一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法。

背景技术

作为超燃冲压发动机的核心部件之一，超声速燃烧室通过恰当的组织方式，将燃料与来流空气进行有效的混合和分配，并将其化学能通过燃烧转化为燃气的热能。超声速燃烧室内的气流速度较快，燃料在燃烧室内的驻留时间一般为ms量级，在极短时间内实现燃烧室可靠点火极其困难，其困难程度如同在“飓风中点燃火柴”。

超燃冲压发动机的点火包含从初始火核形成，初始火焰传播、发展及火焰稳定到形成主流稳定火焰的全过程。相对气态燃料而言，采用液态煤油为燃料的超燃冲压发动机具有更长的点火延迟时间，通常采用凹腔等结构生成低速回流区，构造适宜的点火环境，并为主流火焰提供热量和活性自由基。但是，在某些极端条件下，凹腔火焰稳定器结构依然无法实现超声速燃烧室的快速可靠点火，导致超燃冲压发动机无法起动、高空熄火，无法完成遂行任务，严重危害飞行安全。

超燃冲压发动机的可重复点火和稳定燃烧将是高超声速飞行器成功飞行的重要前提。当前的高超声速飞行器主要采用一次性火药点火，其具有点火能量大的优点，但是点火持续时间较短(一般为1s左右)且不可重复使用，在超声速气流中点燃火焰后无法实现超声速燃烧调控。传统的火花塞点火虽然可重复使用，但是其点火边界较窄，无法实现宽范围下超燃冲压发动机的成功启动。

因此，如何能够实现超燃冲压发动机的可重复点火，同时，具有快速响应的能力，能够对高超声速飞行器高空飞行时的燃烧不稳定与熄火现象做出快速响应，及时对火焰进行稳定和调控；是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供至少解决上述部分技术问题的一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置及方法，该装置中设置了预燃室和多个滑动弧等离子体激励器，使用等离子体结合边界层引气点火助燃，可以实现超燃冲压发动机的可重复点火，具有快速响应的能力，有利于提高超燃冲压发动机在低马赫数飞行条件下的快速可靠点火起动性能与稳定工作裕度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明实施例提供一种基于边界层引气的超声速燃烧室等离子体点火装置，

优选的，所述预燃室内设置3个所述滑动弧等离子体激励器，3个所述滑动弧等离子体激励器沿所述预燃室的周向分布，其中相邻的2个滑动弧等离子体激励器之间夹角为90°；所述预燃室内的3个滑动弧等离子体激励器位于钝体稳定器的尾缘位置。

优选的，所述凹腔上设置8个所述滑动弧等离子体激励器，其中：

凹腔底壁面上游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器，凹腔底壁面下游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器；凹腔底壁面上设置的激励器对于超声速燃烧室的中心截面呈对称分布；

凹腔顶壁面上游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器，凹腔顶壁面下游并列设置2个所述滑动弧等离子体激励器；凹腔顶壁面设置的激励器在同一展向位置。

优选的，所述滑动弧等离子体激励器包括：金属电极和陶瓷壳体，其中：所述金属电极位于所述陶瓷壳体内部，所述金属电极为圆柱状，采用钨铜合金材料，直径为1～4mm，所述陶瓷壳体采用A-95陶瓷绝缘材料。