[發明專利]一種設置有脈沖點火源的支板噴注燃燒裝置及點火方法

在審

• 申請號: 201810772198.3
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN109059044A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 羅世彬
• 申請（專利權）人: 湖南云頂智能科技有限公司
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 黃志興;趙東方

本發明涉及屬于超燃沖壓發動機燃料噴注與火焰穩定技術和燃燒組織技術領域，公開了一種設置有脈沖點火源的支板噴注燃燒裝置及點火方法，其中支板噴注燃燒裝置包括支板固定面板，所述支板固定面板上設有支板本體，所述支板本體的尾部為尾緣交錯結構，所述支板本體的尾部分別設有陣列式點火電極和多個燃料噴孔，所述陣列式點火電極與高壓脈沖電源電連接。本發明能夠實現對燃料的不間斷點火，充當連續點火源，高壓脈沖電源對放電進行主動控制，誘導產生的點火源連續穩定，不容易被脈動的空氣氣流所吹熄，保證了火焰銜接和穩定的功能。

技術領域

本發明屬于超燃沖壓發動機燃料噴注與火焰穩定技術和燃燒組織技術領域，具體地涉及一種設置有脈沖點火源的支板噴注燃燒裝置及點火方法。

背景技術

超燃沖壓發動機結構簡單，一般由進氣道、隔離段、燃燒室和尾噴管等關鍵部分組成，而燃燒室作為發動機的心臟，更是其研究的重點。燃燒室內的燃燒是在超聲速氣流中進行的，由于燃燒室長度短，這就使得燃料在燃燒室內停留的時間非常短，只有毫秒級，很難實現燃料的著火并穩定燃燒。為了在有限長度的燃燒室內獲得較高的燃燒效率，就不得不發展燃料的噴注以及增強混合技術。超聲速來流的動壓較高、可壓縮剪切層增長速率很慢，燃料的穿透度非常有限，實現混合和燃燒的難度很大。

為了解決這一問題，研究人員在燃燒室的來流中心設置一個噴注燃料的支板，以此來獲得更好的燃料分布范圍，并增強燃料與空氣的混合，提高燃燒效率。許多研究已經證明，支板的尾部能夠產生有助于火焰穩定的回流區，同時經過特殊設計的支板尾部還能夠產生流向渦，有利于燃料與空氣的摻混。支板已經成為目前應用廣泛的一種混合增強裝置。

但是目前所提出的各種支板結構在實際的噴注燃燒應用中還存在一定的問題。為了減少支板造成的氣流阻力，支板的厚度往往設計得比較小，由此導致支板尾端形成的回流區域范圍很小，其火焰穩定范圍存在一定的限制。由于氣流不穩定性的影響，支板在進行燃料的噴注和燃燒過程中，回流區形成的火焰穩定源可能被吹脫，而導致火焰無法銜接而熄火。對于采用了交錯尾緣以強化混合效果的支板，其火焰穩定范圍更小。雖然引入了流向渦，增強了展向擴散的混合效果，但是使尾部回流區的尺寸和點火源的面積變得更小，大大降低了火焰穩定性能。

作為支板噴注燃燒器的典型設計，文獻《Experimental Study of StrutInjections in a Supersonic Combustor Using OH-PLIF》(AIAA 2005-3304)公開了各種形狀參數的支板構型。文獻《Planar Imaging Investigation of Supersonic HypermixerConfigurations》(Aiaa Aerospace Sciences Meeting Including the New HorizonsForum and Aerospace Exposition.2013:7-13)對四種不同尾部結構的支板噴注器進行了研究。這些文獻只從噴注混合性能入手提出各種支板噴注燃燒裝置，而沒有考慮燃燒性能。文獻《Numerical and Experimental Studies of Injection Modeling for SupersonicFlame-Holding》(Journal of Propulsion and Power,2005,21(3):504-511.)在對支板的研究中發現，支板穩定火焰的能力與支板的厚度密切相關。如果支板的厚度低于7mm，將完全無法建立燃燒區。而且他們認為，如果用來穩定火焰，厚度低于10mm的支板需要謹慎選用。

現有的技術大多從支板的噴孔位置和尾緣結構氣動設計的角度去優化支板噴注燃燒裝置的性能。實際工程應用時需要對阻力損失、噴注混合性能、燃燒性能進行權衡，在設計上存在很多限制。

發明內容