[发明专利]基于激波系点火和回流稳焰的超燃冲压发动机燃烧室

说明书

本发明属于喷气推进装置的技术领域，公开了基于激波系点火和回流稳焰的超燃冲压发动机燃烧室，燃烧室包括设置在燃烧室壁面的燃料喷孔和位于燃烧室上下两侧的多个激波发生器，多个所述激波发生器间隔设置在燃烧室内部的上下两侧，所有的所述激波发生器与燃烧室内壁的夹角和间隔距离满足：从来流方向的上一个所述激波发生器所产生的激波刚好达到下一个激波发生器的底部。本发明解决了现有技术中没有能够实现可靠点火和稳定燃烧的高马赫数超燃冲压发动机燃烧室的问题，适用于高超声速流动条件下燃烧室的稳定点火燃烧。

技术领域

本发明涉及喷气推进装置的技术领域，尤其涉及基于激波系点火和回流稳焰的超燃冲压发动机燃烧室。

背景技术

超燃冲压发动机是一种高超声速飞行的喷气推进动力装置，包括进气道、隔离段、燃烧室、尾喷管等部件，其工作速度范围可达Ma4～Ma10。

超燃冲压发动机中燃烧室的功能是实现燃料可靠点火和稳定燃烧。而可靠点火需要燃烧室内的压力、温度和速度满足一定的限制条件，在该条件下，燃料雾化、破碎、蒸发和化学点火延迟等物理化学过程所需时间称为点火时间。在高超声速燃烧室典型工况下，燃料的点火时间约为5～10毫秒。然而要想实现可靠点火，燃料在燃烧室内的驻留时间必须大于点火时间。典型高超声速燃烧室长度仅为1米量级，在高超声速流动条件下，燃烧室内气流的流动速度超过1000m/s，因此气流在燃烧室内的驻留时间仅为1毫秒左右，难以满足点火时间要求。

稳定燃烧需要火焰传播速度大于气流速度。而现有的典型高超声速燃烧室的气流速度超过1000m/s，而火焰传播速度一般为几十米每秒，依靠火焰本身的传播速度难以实现火焰稳定，因此必须设计气流的回流运动，使得“回流”和“顺流”的气流速度互相“抵消”，从而维持火焰稳定。

在气流速度较低的亚声速和超声速燃烧室领域，常采用火花塞、烟火点火器或等离子体点火器来实现辅助点火，采用支板、台阶或者凹槽等方法来实现稳焰，但上述方法会增加燃烧室的复杂性，在马赫数达到4以上的高超声速流动条件下还会显著增加气动阻力，因而不适用于高马赫数超燃冲压发动机燃烧室。根据公开资料分析，国内外目前尚缺乏能够实现可靠点火和稳定燃烧的高马赫数超燃冲压发动机燃烧室技术方案。

发明内容

本发明意在提供基于激波系点火和回流稳焰的超燃冲压发动机燃烧室，以解决现有技术中没有能够实现可靠点火和稳定燃烧的高马赫数超燃冲压发动机燃烧室的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于激波系点火和回流稳焰的超燃冲压发动机燃烧室，包括设置在燃烧室内的燃料喷孔和位于喷孔下游的多个激波发生器，多个所述激波发生器间隔设置在燃烧室内部的上下两侧，所有的所述激波发生器与燃烧室内壁的夹角和间隔距离满足：从来流方向的上一个所述激波发生器所产生的激波刚好达到下一个激波发生器的底部。

进一步的，多个所述激波发生器的位置和几何尺寸与燃烧室入口的气流相匹配。

进一步的，所述激波发生器为三个，每个所述激波发生器与燃烧室内壁的夹角为45°，三个所述激波发生器分别距离燃烧室入口的距离为60mm、100mm、220mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本方案中根据燃烧室入口气流条件，匹配设计一组激波发生器，产生具有特定气流参数的激波系，满足点火所需的燃料和氧化剂混合比例和点火时间要求，实现燃料可靠点火。同时，该激波发生器可以产生回流区，满足火焰传播速度要求，保持火焰稳定。

附图说明

图1为本实施例1中高超声速燃烧室工作状态时的结构示意图；

图2为本实施例1中斜激波波前波后参数计算示意图；

图3为本实施例1中激波发生器数值计算结果图；

图4为实施例2中基于激波系点火和回流稳焰的超燃冲压发动机燃烧室的示意图；

图5为实施例2中不同燃料流量工况下的燃烧室壁面压力分布图。