[發(fā)明專利]基于高壓放電的智能霧化噴嘴及噴霧控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110792531B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周思引;田園;聶萬勝;陳朋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊(duì)航天工程大學(xué)
• 主分類號: F02K9/52
• 分類號: F02K9/52;F02K9/56
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發(fā)明公開了一種基于高壓放電的智能霧化噴嘴及噴霧控制系統(tǒng)，包括內(nèi)流體通道、外流體通道、高壓電極、兩個(gè)低壓電極和高壓電源；外流體通道用于通入液體燃料；內(nèi)流體通道用于通入氣體氧化劑，其下游末端短于外流體通道，形成縮進(jìn)區(qū)；高壓電極和兩個(gè)低壓電極均呈環(huán)形，且均與高壓電源相連接；高壓電極設(shè)在靠近尾部的內(nèi)流體通道中，其外壁面貼附在內(nèi)流體通道的內(nèi)壁面；兩個(gè)低壓電極均等距嵌套在高壓電極上游端和下游端的內(nèi)流體通道的外壁面上；高壓電極和任一個(gè)低壓電極相接通，均形成一個(gè)放電激勵(lì)器；兩個(gè)放電激勵(lì)器能形成兩個(gè)方向的等離子體誘導(dǎo)射流。本發(fā)明能根據(jù)需求快速地調(diào)節(jié)霧化角、霧化液滴直徑等參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)霧化效果的有效控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空天動(dòng)力裝置領(lǐng)域，特別是一種基于高壓放電的智能霧化噴嘴及噴霧控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等飛行器動(dòng)力裝置中，通常以液態(tài)煤油為燃料，液體燃料從燃燒室噴嘴噴出，要先后經(jīng)歷霧化、蒸發(fā)、混合、燃燒這幾個(gè)子過程。其中，霧化作為第一個(gè)子過程其組織的好壞直接關(guān)系到隨后的其它子過程，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)點(diǎn)火成敗、火焰穩(wěn)定性、燃燒效率等。具體來說，當(dāng)噴嘴產(chǎn)生的霧化液滴過大，則可能發(fā)生粗糙燃燒，蒸發(fā)時(shí)間變長，點(diǎn)火困難；當(dāng)霧化后的液滴過細(xì)，則可能導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定的發(fā)生。尤其對于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過程對霧化極其敏感，液滴的霧化參數(shù)決定了推進(jìn)劑空間分布，進(jìn)而對燃燒室化學(xué)反應(yīng)熱的空間分布產(chǎn)生影響，而釋熱與壓力振蕩關(guān)系直接影響燃燒的穩(wěn)定與否，推進(jìn)劑霧化狀態(tài)在很大程度上決定了燃燒效率與燃燒穩(wěn)定性。

目前，用于航空航天領(lǐng)域的霧化噴嘴主要有直筒式、撞擊式、同軸式，其中同軸式又分為同軸直流和同軸旋流。目前研究普遍認(rèn)為直筒式噴嘴霧化距離長、效果差，在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)基本不予采用；而撞擊式噴嘴需要多股射流，霧化均勻度難以保證，也僅僅用在少數(shù)大型發(fā)動(dòng)機(jī)上；同軸式噴嘴因霧化效果相對較好，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，被廣泛用于各類空天動(dòng)力裝置中。

然而對于某一型號發(fā)動(dòng)機(jī)，其噴嘴構(gòu)型是固定的，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中由于各種內(nèi)部和外部因素都可能導(dǎo)致燃料噴射參數(shù)發(fā)生難以預(yù)料的變化，當(dāng)燃料霧化參數(shù)超出發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作范圍后輕則導(dǎo)致燃燒效率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)推力下降，重則導(dǎo)致點(diǎn)火失敗，甚至發(fā)生爆炸。現(xiàn)有的解決方案通常只能是調(diào)節(jié)推進(jìn)劑流量，精確控制難度大，調(diào)節(jié)范圍有限，且存在延遲響應(yīng)等問題。因此，如何實(shí)現(xiàn)噴嘴霧化效果的動(dòng)態(tài)、快速調(diào)節(jié)，以達(dá)到及時(shí)、有效地應(yīng)對工況條件變化，是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，乃至航空發(fā)動(dòng)機(jī)、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等采用液體燃料的動(dòng)力裝置面臨的重要技術(shù)難題。

等離子體空天應(yīng)用技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注，利用高壓放電產(chǎn)生等離子體能用于流動(dòng)控制與輔助燃燒，國際上最新研究成果顯示高壓放電等離子體可以控制的氣流速度范圍覆蓋了從低速到超音速，在燃燒方面則可以縮短點(diǎn)火延遲、提高燃燒效率、穩(wěn)定火焰等。將高壓放電等離子體技術(shù)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴霧化，發(fā)揮電控效應(yīng)迅速、無慣性部件、工作范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，將能實(shí)現(xiàn)噴嘴霧化性能的智能、高效、寬范圍控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種基于高壓放電的智能霧化噴嘴及噴霧控制系統(tǒng)，該基于高壓放電的智能霧化噴嘴及噴霧控制系統(tǒng)能夠根據(jù)需求快速、有效地控制同軸式噴嘴的霧化效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于高壓放電的智能霧化噴嘴，包括內(nèi)流體通道、外流體通道、高壓電極、兩個(gè)低壓電極和高壓電源。

外流體通道同軸設(shè)置在內(nèi)流體通道的外側(cè)，用于通入液體燃料。內(nèi)流體通道的上游首端為氣體氧化劑入口，內(nèi)流體通道的下游末端短于外流體通道，形成縮進(jìn)區(qū)。

高壓電極和兩個(gè)低壓電極均呈環(huán)形，且均與高壓電源相連接。高壓電極設(shè)置在靠近尾部的內(nèi)流體通道中，高壓電極的外壁面貼附在內(nèi)流體通道的內(nèi)壁面。

兩個(gè)低壓電極均等距嵌套在高壓電極上游端和下游端的內(nèi)流體通道的外壁面上。