[發明專利]利用外加瞬時能量源在超聲速氣流中起爆斜爆震波的方法

有效

• 申請號: 201911365425.1
• 申請日: 2019-12-26
• 公開（公告）號: CN111207009B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 肖保國;劉彧;陳偉強;王超;蔡建華;鄭榆山;王蘭;邢建文;何粲
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心
• 主分類號: F02K9/95
• 分類號: F02K9/95;F02K7/00
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明公開了利用外加瞬時能量源在超聲速氣流中起爆斜爆震波的方法，涉及吸氣式高超聲速飛行器技術領域，具體方案為：包括以下步驟：S1：在激波發生裝置處加設瞬時能量源發生器；S2：確定相應可燃氣體的當地CJ爆震傳播速度；S3：設定激波發生裝置的角度使得前緣激波波后流動速度與當地CJ爆震傳播速度的比值小于1.05。本發明提供的利用外加瞬時能量源在超聲速氣流中起爆斜爆震波的方法能夠在較低的來流靜壓和小尺寸、小角度斜劈上起爆斜爆震波，有利于減小發動機和進氣道阻力及進氣道總壓損失。

技術領域

本發明涉及吸氣式高超聲速飛行器技術領域，更具體地說，它涉及利用外加瞬時能量源在超聲速氣流中起爆斜爆震波的方法。

背景技術

斜爆震燃燒組織方法是高馬赫數飛行中的一種新型燃燒組織方法，通過激波發生裝置(如，斜劈、錐體等)來實現斜爆震的起爆，如圖1所示。根據經典的斜爆震起爆能量準則和化學動力學準則可知，實現斜爆震的起爆需要斜劈具有足夠的尺寸和角度，且來流靜壓要足夠高。然而，從高速推進的角度來看，大尺寸和大角度的斜劈會帶來較大的阻力，且較高的來流靜壓意味著較高的進氣道壓縮程度，故也意味著較大的進氣道阻力和總壓損失。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了利用外加瞬時能量源在超聲速氣流中起爆斜爆震波的方法，能夠在較低的來流靜壓和小尺寸、小角度斜劈上起爆斜爆震波。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

利用外加瞬時能量源在超聲速氣流中起爆斜爆震波的方法，包括以下步驟：

S1：在激波發生裝置處加設瞬時能量源發生器；

S2：確定相應可燃氣體的當地CJ爆震傳播速度；

S3：設定激波發生裝置的角度使得前緣激波波后流動速度與當地CJ爆震傳播速度的比值小于1.05。

在上述方案中，以斜劈作為激波發生裝置為例進行說明：斜劈僅作為斜爆震波的穩定裝置(火焰穩定器)，而不作為起爆裝置；瞬時能量源位于斜劈表面附近。當超聲速來流靜壓較低，或斜劈尺寸(高度)及角度較小時，根據經典的斜爆震起爆能量準則和化學動力學準則，此時斜劈無法起爆斜爆震波，而外加瞬時能量源的引入，可以直接在斜劈表面形成斜爆震波和局部正爆震波(局部正爆震波又稱為橫向爆震波)。由于橫向爆震波以當地的CJ爆震速度傳播，因此，欲使通過外加瞬時能量源形成的斜爆震波和局部正爆震波能夠穩定在斜劈表面上，則必須要求橫向爆震波的傳播速度和斜劈前緣激波的波后流動速度能夠匹配。當前緣激波波后流動速度顯著大于當地CJ爆震速度時，橫向爆震波和斜爆震波將會被氣流吹向下游，最終導致爆震波熄滅。相反，如果前緣激波波后流動速度小于當地CJ爆震速度，則橫向爆震波和斜爆震波將會向上游移動，使得整個波系結構變為脫體斜爆震結構。研究表明，前緣激波波后流動速度大于約1.05倍的當地CJ爆震速度時，橫向爆震波及斜爆震波將會被吹向下游而無法穩定在斜劈上，導致利用外加瞬時能量源起爆斜爆震波的方法失效。

當不采用該方法時，僅靠小尺寸、小角度的斜劈無法實現低來流靜壓下斜爆震波的起爆。當使用錐體作為激波發生裝置時，也可通過調節錐體的錐角，使用上述類似方法。

作為一種優選方案，S1中瞬時能量源采用熱射流、高能點火器、電爆絲或強激光。

在上述優選方案中，外加瞬時能量源可以是熱射流、高能點火器、電爆絲、強激光等任何可以提供瞬時高溫高壓的裝置。當瞬時能量源采用熱射流時，熱射流管應從燃燒室壁面伸入，射流管出口應位于斜劈表面或燃燒室側壁上；當采用高能點火器時，高能點火頭應位于斜劈表面或燃燒室側壁上；當采用電爆絲時，電爆絲應位于斜劈表面附近位置；當采用強激光時，強激光的照射位置應在斜劈表面附近位置。

作為一種優選方案，S2和S3中，包括以下步驟：

T1：根據來流速度確定不同斜劈角度下的前緣激波波后流動速度；