[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒減阻方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011162354.8
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112377323B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田野;鐘富宇;蔣安林;時文;肖保國;張彎洲;鄧維鑫;李季;李世豪;孫光焱;魯玲;張娜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心
• 主分類號: F02K7/10
• 分類號: F02K7/10;F02C7/22;F23R3/20;F23R3/28
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發(fā)明涉及超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種應(yīng)用于降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒減阻方法及裝置，通過在超燃沖壓發(fā)動機(jī)火焰穩(wěn)定器凹腔內(nèi)噴注氣態(tài)氫氣燃料，利用火花塞實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫點(diǎn)火，使燃料穩(wěn)定燃燒；燃料燃燒改變超燃沖壓發(fā)動機(jī)的流動結(jié)構(gòu)，使超燃沖壓發(fā)動機(jī)壁面附近的速度降低，從而降低發(fā)動機(jī)壁面附近的速度梯度，使超燃沖壓發(fā)動機(jī)的摩擦阻力減小。本發(fā)明與傳統(tǒng)的燃燒減阻機(jī)理不同，通過改變超燃沖壓發(fā)動機(jī)的流動結(jié)構(gòu)，降低發(fā)動機(jī)壁面附近的速度梯度，進(jìn)而減小發(fā)動機(jī)的摩擦阻力，此方法改變了目前普遍對燃燒減阻機(jī)理的認(rèn)識，豐富和完善了燃燒減阻的機(jī)理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超燃沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒減阻方法及裝置。

背景技術(shù)

超燃沖壓發(fā)動機(jī)是高超聲速飛行器的首選推進(jìn)系統(tǒng)，尤其在高超聲速巡航時(Ma5)，展現(xiàn)了良好的比沖性能。因此世界范圍內(nèi)的科研人員仍在持續(xù)的開展超燃沖壓發(fā)動機(jī)的相關(guān)技術(shù)的研究，特別是致力于改善超燃沖壓發(fā)動機(jī)的推進(jìn)性能，降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的阻力。

在降低阻力的研究方面可以有很多研究方面，研究發(fā)現(xiàn)，氫氣燃料在壁面附近邊界層燃燒可以降低壁面摩擦阻力，并指出其原理是由于氣膜冷卻(filmcooling)的效應(yīng)，即：噴入的氫氣密度很低，使得邊界層氣流密度下降，導(dǎo)致了流體粘性系數(shù)下降，進(jìn)而降低了壁面摩擦阻力。由此可見對超燃沖壓發(fā)動機(jī)性能提升的研究收到了普遍的關(guān)注，特別是開展超燃沖壓發(fā)動機(jī)降低摩擦阻力的研究。因此開展燃燒減阻機(jī)理研究和燃料噴注結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對提升超燃沖壓發(fā)動機(jī)的推力性能工程意義重大。

除改變?nèi)剂贤猓壳疤嵘紱_壓發(fā)動機(jī)推力性能，降低摩擦阻力的方法還有兩種，一種是改變超燃沖壓發(fā)動機(jī)的機(jī)體材料，改變材料的摩擦系數(shù)，進(jìn)而降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的摩擦阻力。盡管該辦法可行，但在實(shí)際使用中受到了較大的限制，由于材料的改變，當(dāng)超燃沖壓發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)改變時，壁面熱流大幅提升后，燃料很快發(fā)生變形或者燒蝕，大大影響了發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)壽命。另一種方法往往通過改變發(fā)動機(jī)的幾何形狀實(shí)現(xiàn)，比如降低凹腔、支桿或者支板等的面積或者體積，達(dá)到降低內(nèi)阻的目的。但其同樣有不可避免的缺點(diǎn)，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作條件變化時，由于凹腔、支桿或者支板等穩(wěn)焰措施減小，很可能出現(xiàn)發(fā)動機(jī)內(nèi)燃料熄火，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)的正常使用。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上問題，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒減阻方法及裝置，通過在超燃沖壓發(fā)動機(jī)火焰穩(wěn)定器凹腔內(nèi)噴注氣態(tài)氫氣燃料，利用火花塞實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫點(diǎn)火，使燃料穩(wěn)定燃燒；燃料燃燒改變超燃沖壓發(fā)動機(jī)的流動結(jié)構(gòu)，使超燃沖壓發(fā)動機(jī)壁面附近的速度降低，從而降低發(fā)動機(jī)壁面附近的速度梯度，使超燃沖壓發(fā)動機(jī)的摩擦阻力減小。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒減阻方法，在超燃沖壓發(fā)動機(jī)火焰穩(wěn)定器凹腔內(nèi)噴注氣態(tài)氫氣燃料，利用火花塞實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫點(diǎn)火，使燃料穩(wěn)定燃燒；燃料燃燒改變超燃沖壓發(fā)動機(jī)的流動結(jié)構(gòu)，使超燃沖壓發(fā)動機(jī)壁面附近的速度降低，從而降低發(fā)動機(jī)壁面附近的速度梯度，使超燃沖壓發(fā)動機(jī)的摩擦阻力減小。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于降低超燃沖壓發(fā)動機(jī)的燃燒減阻的裝置，包括設(shè)置于超燃沖壓發(fā)動機(jī)火焰穩(wěn)定器上壁面的凹腔，凹腔氣流方向下游設(shè)置有燃料噴注塊，燃料噴注塊包括與燃料輸送管連通的燃料輸送腔和與燃料輸送腔連通的多個噴孔，噴孔垂直朝向火焰穩(wěn)定器內(nèi)腔；凹腔氣流方向上游設(shè)置有火花塞。

進(jìn)一步地，燃料噴注塊在貼近凹腔下游位置設(shè)置有與火焰穩(wěn)定器上壁面相平行的凸塊，燃料噴注塊上的噴孔為相平行的兩列，每列噴孔彼此之間展向均布，其中一列噴孔位于凸塊上。

進(jìn)一步地，燃料噴注塊的噴孔采用10～15個直徑為1.0mm的圓孔。

進(jìn)一步地，火焰穩(wěn)定器上壁面設(shè)置有檢測塊，檢測塊上設(shè)置有用于安裝摩擦阻力傳感器和壓力傳感器的安裝孔。

進(jìn)一步地，燃料噴注塊與火焰穩(wěn)定器外壁面接觸的位置之間設(shè)置有O型密封圈。