[發明專利]采用射流對撞燃燒方式的在線可調式燃氣發生器

在審

• 申請號: 201710143086.7
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN107013943A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 洪延姬;席文雄;王殿愷;徐慶堯
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝備學院
• 主分類號: F23R3/36
• 分類號: F23R3/36;F23R3/18
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙)11489
• 代理人: 陳超

技術領域

本發明涉及一種利用射流對撞方式組織燃燒，以利于液態燃料的霧化、摻混和燃燒的高效穩定，減少了燃燒室結構尺寸和冷卻面積要求，燃燒室身部采用旋流進氣再生冷卻方式進行冷卻，采用可移動式塞錐對喉部面積進行在線調節的多工況燃氣發生器。

背景技術

燃氣發生器在航空航天領域有廣泛的應用，它將氧化劑和燃料按照設計要求的混合比組織燃燒，獲得一定壓力、溫度、流量和速度參數要求的燃氣，以實現特定的目的，如產生引射氣流、驅動渦輪、產生彈射氣流等。在沖壓發動機領域燃氣發生器的應用主要表現為兩大類：一類是沖壓發動機地面試驗系統中的用于加熱空氣的燃燒式加熱器，提供模擬高空飛行條件下的高焓空氣。加熱器形式的燃氣發生器所產生的燃氣參數組元成分必須能模擬出高空大氣成分，同時對總壓和氣流的馬赫數必須能滿足飛行環境和速度的模擬要求。另一類是應用于沖壓發動機技術本身的一種管道式火箭沖壓發動機的富燃燃氣生成技術，產生的富燃高溫燃氣在沖壓空氣中進一步補燃，提高燃燒穩定性。管道火箭沖壓發動機用燃氣發生器要能根據管道火箭沖壓發動機飛行條件的變化適時對燃氣發生器的出口氣流參數進行調節，以滿足對根據工況變化的來流沖壓空氣的匹配要求。

為了提高以上兩類燃氣發生器的性能，需要在氣流參數可調節性、燃燒性能、長時間工作能力上進行改進。目前，燃氣發生器多采用航空發動機燃燒室技術和液體火箭發動機技術組織燃燒，其燃燒過程呈現出不同的特點。航空發動機火焰筒燃燒室，結構復雜，工作過程組織困難，在該類領域中目前較少使用。采用液體火箭發動機頭部燃料噴注的燃燒組織技術，結構較簡單，但是燃料在燃燒室內噴注、霧化、蒸發，擴散燃燒需要較長的燃燒室長度，從而加大了燃燒室的冷卻面積，長時間工作條件下需要在燃燒室身部需要布置較大范圍的冷卻通道；其出口喉部不可調節，難以在工作過程中對出口流量和馬赫數進行調節，這使得加熱器形式的燃氣發生器難以模擬飛行器在變工況條件下的氣流環境變化，也使管道火箭沖壓發動機燃器發生器難以適應沖壓空氣的參數變化而合理組織補燃過程。

發明內容

本發明的技術解決問題是：

克服現有技術的不足，提供一種燃氣發生器結構，采用對撞燃燒方式，形成駐定渦穩定火焰，身部冷卻面板冷卻面積少，并采用旋流進氣的液膜再生式冷卻方式，并促進燃氣的摻混和燃燒，喉部大小可通過調節塞錐的移動實現在線式適時調節，燃燒室結構緊湊，燃燒穩定性、燃燒效率得到提高。

本發明的技術解決方案是：

一種采用射流對撞燃燒方式的在線可調式燃氣發生器，其特征在于：所述的燃氣發生器由環形槽燃燒室、收斂段和調節塞錐組件構成，調節塞錐位于燃氣發生器頭部，與收斂段同軸安裝；所述的環形槽燃燒室由前噴注面板、后噴注面板、身部冷卻面板組合而成；所述的調節塞錐組件由調節塞錐、作動套筒和固定盤組成，調節塞錐可在作動套筒內前后移動，調節塞錐與收斂段型面相互配合設計；所述的前噴注面板、后噴注面板上分別在內外圈的設置有相互隔開的集液腔，其上分別布置了多組錯開的燃料噴嘴和氧化劑噴嘴，噴嘴通過焊接或螺紋連接周向分布固定在面板上與集液腔相連同，燃料、氧化劑分別通過后噴注面板燃料進口接嘴、后噴注面板氧化劑入口接嘴、前噴注面板燃料入口接嘴、前噴注面板氧化劑入口接嘴進入集液腔，通過噴嘴噴出；所述前、后噴注面板上的燃料噴嘴和氧化劑噴嘴相向布置，射流相互碰撞；所述的作動套筒的型面采用型面過度，并與收斂段的入口型面相互配合設計，最大轉角不超過7度，保證燃氣流不出現分離；所述的身部冷卻面板采用多組不同旋向的旋流進氣的射流孔進行液膜式再生冷卻，逆時針射流角度與順時針射流角度在10～80度之間，個數10～40，逆時針射流與順時針射流成組出現，冷卻組元通過冷卻組元入口接嘴進入冷卻組元集液腔后，通過再生冷卻旋流孔噴出；所述的調節塞錐的錐部型面與收斂段的后段型面配合設計，使得在作動行程內能獲得零到出口半徑所標示的面積大小的喉部大小變化范圍，并遵循一定的調節規律；所述的調節塞錐以手動或壓力反饋調節的形式作用于作動連桿前后移動。

本發明的原理：液態燃料和氣態氧化劑以射流對撞方式進入環形槽燃燒室，促進液態燃料液滴的破碎、霧化、蒸發、摻混，形成駐定的氣動渦結構，以此穩定火焰并燃燒；身部冷卻面板的不同旋向的冷卻射流實現液膜式再生冷卻的同時，加強燃氣摻混燃燒；產生的燃氣經出口型面的整流作用進入喉部截面，保證氣流不發生分離；喉部截面通過調節塞錐與收斂段的相對位移的變化來實現喉部大小的調節，調節塞錐和收斂段型面配合設計，達到按一定的調節規律在線實時調節燃氣發生器工況的目的。

本發明與現有技術相比具有的優點如下：