[發明專利]一種用于提高RBCC雙模態燃燒室摻混燃燒的燃料支板

有效

• 申請號: 201310731214.1
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103727562A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 魏祥庚;秦飛;呂翔;劉佩進;何國強;王亞軍;潘科瑋
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于增強燃料摻混擴散的燃料支板結構，具體地說,涉及一種用于提高RBCC雙模態燃燒室摻混燃燒的燃料支板。

背景技術

火箭沖壓組合循環（RBCC）發動機將火箭發動機和沖壓發動機有機地結合在同一流道中，使其能夠在不同的飛行高度和馬赫數下啟用最優的工作模態，充分發揮火箭發動機和沖壓發動機各自的特點，使RBCC發動機在具有高比沖、高推重比的同時還擁有零速啟動、可重復利用的優點。如何在較短的燃燒室內實現燃料的高效穩定燃燒一直是RBCC雙模態燃燒室的核心問題，在文獻AIAA2007-5404“Pylon?Fuel?Injector?Design?for?a?Scramjet?Combustor”中提到采用插入式楔形支板進行燃料的噴注，同時在支板尾部增加交錯結構可以增強燃料的摻混，其主要的技術原理是利用支板尾部形成的低速回流區提供給燃料足夠的摻混和反應時間，使其滿足自持點火的流動條件，并且回流區邊緣剪切層速度梯度及湍流強度都很大，有利于燃料與來流空氣進行有效的摻混，尾部交錯楔形結構則可以進一步提高流動的湍流度，增強摻混，尾跡區的漩渦結構能起到一定的穩焰效果，有利于火焰的進一步傳播，但其研究中來流條件和燃料的噴注位置較為單一，且是基于氣態燃料的噴注進行考慮的，同時試驗和數值模擬均是在冷流（燃料沒有點火燃燒）條件下進行的，但是對于寬馬赫飛行和采用碳氫燃料的RBCC發動機來說，支板的應用還需要進一步設計和改進。在本發明的前期構型里使用的楔形支板如圖1所示，燃料選擇在支板兩側進行噴注，從而大大提高了燃料的穿透能力，使燃料能更有效的與主流氣體相互摻混，形成均勻的混合燃氣進行燃燒，支板及其尾部流向渦結構能在其尾跡形成回流區及剪切層，其燃燒流動特點如圖2所示，通過該楔形支板結構實現了燃料的有效摻混以及火焰的擴散傳播。

發明內容

根據現有研究發現由于RBCC發動機燃燒組織的特點，基準構型支板僅能保證核心流區域的燃燒反應，且僅能適應相對較低馬赫數時的高效燃燒組織，一旦當來流馬赫數超過3.5Ma條件后，由于燃料支板后側形成的剪切層燃燒產生的燃燒邊界隔離了發動機中心流與兩側空氣的物質輸運，使發動機兩側的空氣與發動機中心流之間的摻混能力下降，導致中心區域的燃料得不到充分燃燒，造成燃燒性能的大幅下降。針對上述情況，本發明提出一種用于提高RBCC雙模態燃燒室摻混燃燒的燃料支板。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括燃料支板主體、燃料支板噴注塊，燃料支板主體為具有單側楔形突臺的流向渦燃料支板結構，兩燃料支板依中心軸對稱設置，通過焊接方式連接到燃料噴注塊上，燃料噴注塊兩側設有定位孔，通過螺栓固定在發動機上，且可在不同的試驗工況中切換噴注位置；

所述燃料支板前體為楔形結構，楔角為15°，支板后體為等直段，燃料支板前體外側豎直方向均布有三個等間距楔形突臺，楔角為35°，楔形突臺采用焊接的方式與支板固連；燃料噴孔位于支板上楔形突臺后部等直段側壁上，每側壁面豎直方向分別有四個等間距的噴孔，燃料通過支板等直段上的通道進入各個噴孔；燃料支板尾部采用流向渦結構，為交錯的楔形凹槽，凹槽為直角三角形體，燃料支板主體材料采用高溫合金鋼；

所述燃料噴注塊為長方體結構，噴注塊上表面設有兩個螺孔用于連接燃料噴注軟管，噴注塊內部有燃料通道與螺孔相通，下部與燃料支板上的通道連接，形成一個整體噴注結構，燃料噴注塊材料采用45^#鋼。

有益效果

本發明提出的一種用于提高RBCC雙模態燃燒室摻混燃燒的燃料支板,是一種適用于RBCC寬來流條件燃燒組織的燃料支板結構，其特點是:第一，結合了楔形支板的燃燒組織特色，強化了支板側邊上的流體的導向渦，從而使燃料摻混更有效；第二，合理的破壞了支板后段規則的剪切層，使燃料支板后側的剪切層具有更強的湍流度，使燃燒邊界層的區域變寬，從而使燃料能有效的穿透燃燒邊界的束縛，與來流空氣進行更好的摻混，燃燒火焰也能進一步向支板兩側傳播，形成更大的燃燒區域；第三，燃料噴注塊結構緊湊簡單，易于加工實現，且便于在不同的試驗中更換支板以及切換噴注位置，有利于更多試驗研究的開展。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明一種用于提高RBCC雙模態燃燒室摻混燃燒的燃料支板作進一步詳細說明。

圖1為基準構型燃料支板結構示意圖。

圖2為楔形支板燃燒組織區域示意圖。

圖3為帶側楔形燃料支板構型示意圖。

圖4為帶側楔形燃料支板右視圖。

圖5為帶側楔形燃料支板主視圖。