[發明專利]波瓣式火箭噴嘴以及火箭基組合循環推進系統

在審

• 申請號: 202010758340.6
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111878253A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 孫明波;姚軼智;蔡尊;李佩波;顧瑞
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: F02K1/36
• 分類號: F02K1/36;F02K1/38;F23R3/28
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

本發明提出一種波瓣式火箭噴嘴以及火箭基組合循環推進系統，包括與進氣道聯通的空氣流道以及火箭燃氣噴嘴，所述火箭燃氣噴嘴設有2個以上，各火箭燃氣噴嘴分布在空氣流道的外側，且空氣流道與火箭燃氣噴嘴之間的間壁呈波瓣結構。波瓣結構具有連續的多個凸起波瓣和凹陷波瓣。這樣的結構設計在應用中會相應產生具有連續的多個凸起波瓣和凹陷波瓣形狀的混合邊界層，相較傳統的近圓形混合邊界層，其混合面積增大，兩股流體的混合效率增強。另一方面連續的多個凸起波瓣和凹陷波瓣會產生更多的縱向渦流，提高混合效率。且各火箭燃氣噴嘴能實現獨立開合關閉，火箭流量能夠調整，可達到實時調節火箭基組合循環推進系統工作工況的目的。

技術領域

本發明涉及火箭噴嘴技術領域，具體涉及一種波瓣式火箭噴嘴。

背景技術

火箭基組合循環推進系統(RBCC)利用火箭與沖壓發動機耦合，其主要有四個模塊：引射模態、亞燃沖壓模態、超燃沖壓模態和純火箭模態，其中引射模態需要利用火箭產生的燃氣引射進氣道捕獲空氣，火箭燃氣與進氣道捕獲空氣的混合情況是引射模態性能的決定因素，如何提高火箭燃氣和捕獲空氣的引射摻混效率成為火箭基組合循環推進系統設計的關鍵因素。

目前針對火箭噴嘴的布置研究較為常規.公開號為109779784A的發明專利公開了一種火箭前置中心布局的RBCC發動機內流道，其整體RBCC構型采用軸對稱構型，火箭位于中心處，噴嘴出口形狀為常規圓形出口，其結構簡單但無促進摻混結構。公開號為109882886A的發明專利公開了一種斜坡火箭布局方式的RBCC發動機燃燒室及其設計方法，其整體RBCC構型采用二維矩形構型，火箭噴口位于壁面一側并以射流形式噴入，利用火箭射流實現燃燒室點火及火焰穩定，其設備加工難度小，火焰穩定性好，但存在火箭燃氣與空氣的混合效率低的問題。

目前針對RBCC的火箭噴嘴位置和構型的研究優化尚處于起步階段，無論是RBCC軸對稱構型還是二維矩形構型，均存在摻混率低、混合長度長的問題，極大制約了RBCC引射模態的性能提升。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明提出了一種波瓣式火箭噴嘴以及火箭基組合循環推進系統。

為實現上述技術目的，本發明采用的具體技術方案如下：

波瓣式火箭噴嘴，包括與進氣道聯通的空氣流道以及火箭燃氣噴嘴，所述火箭燃氣噴嘴設有2個以上，各火箭燃氣噴嘴分布在空氣流道的外側，且空氣流道與火箭燃氣噴嘴之間的間壁呈波瓣結構。

作為本發明的優選方案，所述空氣流道與火箭燃氣噴嘴之間的間壁具有連續的內側波瓣，內側波瓣包括多個凸起波瓣和凹陷波瓣，各火箭燃氣噴嘴分布在內側波瓣的各凹陷波瓣的后緣。

作為本發明的優選方案，所述空氣流道位于中心，2個以上的火箭燃氣噴嘴環布在空氣流道外側。進一步地，2個以上的火箭燃氣噴嘴均勻環布在空氣流道外側。

作為本發明的優選方案，所述各火箭燃氣噴嘴分布在空氣流道分布在空氣流道的同一側。

作為本發明的優選方案，各火箭燃氣噴嘴獨立控制，各自單獨實現開合關閉。這樣可以通過控制各火箭燃氣噴嘴的開關，進而實現燃氣流量的實時可調。

作為本發明的優選方案，凸起波瓣和凹陷波瓣之間呈流線型連接，空氣流道與火箭燃氣噴嘴之間的間壁內側形成流線型曲線壁面。這樣，流線型曲線壁面可采用旋特征線法、雙向流線追蹤方法進行流道型面設計。流線型曲線壁面其全壁面連續變化、曲率低，不存在幾何不連續的部分，引起的激波較少，流場內不存在明顯的激波結構。在控制熱負荷的同時，最大限度的減少流體能量損失，主動冷卻、被動熱防護技術均能很好的運用。

本發明提供一種火箭基組合循環推進系統，具有上述任一種波瓣式火箭噴嘴。

本發明的有益效果如下：