[發(fā)明專利]一種帶前緣氣縫結(jié)構(gòu)的超燃沖壓發(fā)動機火焰穩(wěn)定裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210411835.7
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102877984A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玉英;金勁睿;洪燕
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F02K7/10
• 分類號: F02K7/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超燃沖壓發(fā)動機的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶前緣氣縫結(jié)構(gòu)的超燃沖壓發(fā)動機火焰穩(wěn)定裝置，是對燃燒室內(nèi)傳統(tǒng)的凹槽火焰穩(wěn)定器的一種優(yōu)化設(shè)計。

背景技術(shù)

超燃沖壓發(fā)動機在高馬赫數(shù)下具有較高的比沖。在超燃燃燒室中，流動速度很大，滯留時間僅幾毫秒，在如此短的時間內(nèi)完成燃料的混合、點火、燃燒是十分困難的，所以必須在引入恰當(dāng)?shù)幕鹧娣€(wěn)定措施。近年來，凹槽結(jié)構(gòu)作為集火焰穩(wěn)定、混合增強、燃料匹配多功能為一體的穩(wěn)焰手段，受到了廣泛的重視。上世紀(jì)九十年代，俄羅斯中央航空局（CIAM）在超燃沖壓發(fā)動機中應(yīng)用凹槽火焰穩(wěn)定器裝置。該裝置通過凹槽結(jié)構(gòu)形成一個較大的、穩(wěn)定的回流區(qū)，利用回流區(qū)內(nèi)的高溫、低速環(huán)境使得空氣與部分燃料混合燃燒，形成一個穩(wěn)定的點火源，進而將火焰?zhèn)鞑ブ寥紵抑髁鳌Ｈ欢疾刍鹧娣€(wěn)定器作為一種壁面穩(wěn)焰裝置，凹槽內(nèi)流場相對于主流較為“封閉”，凹槽內(nèi)外的物質(zhì)能量交換較少，從而存在與主流空氣的混合問題。為改善凹槽火焰穩(wěn)定器的混合特性，研究者們試圖通過燃料噴口或擾流器的設(shè)置，增加凹槽剪切層厚度來加大凹槽氣流與主流的質(zhì)量交換律，但這些方法將會引入額外的總壓損失，影響凹槽內(nèi)氣流的流動，可能對凹槽的穩(wěn)焰性能帶來負(fù)面影響。綜上所述，傳統(tǒng)的凹槽火焰穩(wěn)定器在穩(wěn)定火焰的同時，存在氣流摻混效果差、火焰?zhèn)鞑シ秶^小的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，在對整個燃燒時的總壓損失影響較小的前提下，增大凹槽火焰穩(wěn)定器與主流的摻混效果，同時兼顧結(jié)構(gòu)簡單，不增加額外重量。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種帶前緣氣縫結(jié)構(gòu)的超燃沖壓發(fā)動機火焰穩(wěn)定裝置，該裝置包括：超燃燃燒室內(nèi)的超燃凹槽火焰穩(wěn)定器，超燃凹槽火焰穩(wěn)定器前方的燃料噴口，超燃燃燒室的主流道以及凹槽前緣氣縫，其中，位于超燃燃燒室主流道的超燃燃燒室主流道氣流通過凹槽前緣氣縫進入超燃凹槽火焰穩(wěn)定器內(nèi)，凹槽前緣氣縫內(nèi)氣流的進入對超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的凹槽內(nèi)流動造成擾動，增大凹槽內(nèi)外的質(zhì)量交換律。

所述的凹槽前緣氣縫在超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的凹槽內(nèi)距離凹槽底端的高度為3-6mm，氣縫內(nèi)氣流進口距離凹槽前緣的高度為0-1mm。

所述凹槽前緣氣縫的寬度為1mm，所述的凹槽前緣氣縫幾何中心線與超燃燃燒室的主流道幾何中心線之間的夾角為17℃，所述的凹槽前緣氣縫在超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的凹槽內(nèi)距離凹槽底端的高度為6mm，氣縫內(nèi)氣流進口距離凹槽前緣的高度為0mm。

本發(fā)明的原理如下：在傳統(tǒng)的超燃凹槽穩(wěn)定器基礎(chǔ)上，引入前緣氣縫結(jié)構(gòu)，即在凹槽前緣開一道斜縫，連通凹槽前方流道與凹槽內(nèi)流場，增強凹槽內(nèi)外氣流的混合及質(zhì)量的交換率。當(dāng)主流道氣流經(jīng)過氣縫結(jié)構(gòu)時，沿主流道壁面附近的氣流通過斜縫進入凹槽內(nèi)部，使得超燃凹槽內(nèi)的氣流量增大。同時，超燃凹槽火焰穩(wěn)定器前端的氣縫內(nèi)通過的氣流對超燃凹槽與主流道氣流之間的剪切層造成擾動，使得其剪切層的發(fā)展更為充分，增大超燃凹槽內(nèi)外的質(zhì)量交換率。在超燃凹槽前方存在燃料噴口的情況下，超燃凹槽火焰穩(wěn)定器前端氣縫結(jié)構(gòu)的存在能將部分燃料引入凹槽，保證凹槽火焰穩(wěn)定器的正常工作，改善燃料分布。

本發(fā)明與傳統(tǒng)超燃凹槽火焰穩(wěn)定器相比的優(yōu)點在于：（1）本發(fā)明可增強超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的摻混效果；（2）本發(fā)明的超燃凹槽火焰穩(wěn)定器前緣氣縫結(jié)構(gòu)的氣縫寬度、氣縫進出口高度可以進行靈活調(diào)整，進而使得通過超燃凹槽火焰穩(wěn)定器前緣氣縫進入超燃凹槽的氣流在超燃凹槽內(nèi)形成最佳的燃燒組織方式；（3）本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，對超燃燃燒室的流場影響較小，流動損失小。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)剖面圖（以下簡稱Baseline）；

圖2為本發(fā)明的帶前緣氣縫結(jié)構(gòu)且氣縫進口高度為0mm時（以下簡稱H0）的超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖3為本發(fā)明的帶前緣氣縫結(jié)構(gòu)且氣縫進口高度為1mm時（以下簡稱H1）的超燃凹槽火焰穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4為不同壓力條件下三種超燃凹槽火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)（包含Baseline、H0、H1）的壓力損失對比圖；圖4（a）Pi=0.81MPa，圖4（b）Pi=1.21MPa；

圖5為三種凹槽火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)（包含Baseline、H0、H1）的混合效率對比圖；圖5（a）Pi=0.81MPa，圖5（b）Pi=1.21MPa；

圖6分別為三種凹槽火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)（包含Baseline，即圖6（a）；H0，即圖6（b）；H1，即圖6（c））的渦量第一階段的分布圖；