[發明專利]一種碳氫燃料主動冷卻超燃沖壓發動機起動系統及方法

有效

• 申請號: 202110141734.1
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112901353B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張泰昌;陸陽;孟令瑾;范學軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: F02C9/32
• 分類號: F02C9/32
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明屬于發動機設備技術領域，針對現有技術中存在的超燃沖壓發動機平穩起動困難的問題，本發明的目的在于提供一種碳氫燃料主動冷卻超燃沖壓發動機起動系統及方法，包括節流裝置I、節流裝置II和節流裝置III組成的三套節流裝置，所述節流裝置I設置在進入發動機壁面冷卻通道入口前；所述節流裝置II設置為在發動機上游壁面與冷卻通道相通的小噴孔；所述節流裝置III設置在發動機壁面冷卻通道出口后。本發明提出在三個位置設置能夠匹配碳氫燃料不同物態的節流裝置，控制碳氫燃料流量動態分配，并配合一定閥門，實現超燃沖壓發動機的順利而平穩的起動。

技術領域

本發明屬于發動機設備技術領域，具體涉及一種碳氫燃料主動冷卻超燃沖壓發動機起動系統及方法。

背景技術

主動冷卻超燃沖壓發動機是一種將燃料先通過發動機燃燒室壁面冷卻通道，帶走燃燒室壁面部分熱量，給燃燒室壁面降溫，于此同時，燃料溫度和壓力都升高，隨著吸收熱量的增多，燃料物態從液態可以依次變為高溫液態、超臨界態、裂解態。燃料從冷卻通道流出后，噴入燃燒室使燃燒室進行燃燒，燃料吸收的熱量隨著燃料又進入燃燒室，不僅沒有熱量損失，而且燃料物態的變化可以提高燃料燃燒性能，因此，主動冷卻超燃沖壓發動機成為超燃沖壓發動機主要形式。

近些年，隨著主動冷卻超燃沖壓發動機逐步向實用化方向發展，主動冷卻超燃沖壓發動機順利而平穩起動成為必須達到的目標。吸熱型碳氫燃料因其具備常溫液體、容易存儲、便于操作、環境友好等優點，作為冷卻發動機壁面的冷卻劑，被應用于飛行馬赫數8以下的超燃沖壓發動機。

然而，碳氫燃料主動冷卻超燃沖壓發動機的起動過程非常復雜，這是因為，10秒左右的起動過程中噴注到燃燒室的吸熱型碳氫燃料完成了從常溫液態，到高溫液態、超臨界態，甚至是裂解態的轉變，密度發生數量級的變化，如果節流面積不進行逐步增大，冷卻通道內壓力也會有數量級的增加，超出發動機系統承受能力；節流面積的變化，一般會引起噴注壓力的陡降，進而造成噴注穿透深度的突變，局部當量比的大幅變化，跳出穩焰區域，引起熄火。以上這些都使順利而平穩起動變得非常困難。

美國X51A的解決方法是使用乙烯預熱燃燒室，將冷卻通道內吸熱型碳氫燃料先不噴入燃燒室，而是直接排放，等碳氫燃料狀態穩定后再噴入燃燒室，避開以上問題，付出的代價是需要攜帶一套乙烯系統。本專利發明人之前專利(ZL201810159005.7)提出設置多排噴孔，隨著燃料壓力的增加，逐步開啟大噴孔，同時輔以局部補充氧化劑的方法，提高起動過程的火焰穩定性。以上方法都需要攜帶乙烯或氧化劑等額外物質及配套裝置。因此，如何研發一種新型節流裝置，實現超燃沖壓發動機的順利而平穩的起動，具有重要的現實意義。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種碳氫燃料主動冷卻超燃沖壓發動機起動方法，具體為一種采用碳氫燃料作為冷卻劑的主動冷卻超燃沖壓發動機起動的方法，提出在三個位置設置能夠匹配碳氫燃料不同物態的節流裝置，控制碳氫燃料流量動態分配，并配合一定閥門，實現超燃沖壓發動機的順利而平穩的起動。

本發明采取的技術方案為：

一種碳氫燃料主動冷卻超燃沖壓發動機起動系統，包括節流裝置I、節流裝置II和節流裝置III組成的三套節流裝置，

所述節流裝置I設置在進入發動機壁面冷卻通道入口前；

所述節流裝置II設置為在發動機上游壁面與冷卻通道相通的小噴孔；

所述節流裝置III設置在發動機壁面冷卻通道出口后。

進一步的，所述節流裝置I包括呈平行排布設置的氣動截止閥a和氣動截止閥b，氣動截止閥a、氣動截止閥b分別和節流孔連接，且與排出或收集氣路連通。

更進一步的，所述節流孔控制總面積不變的情況下，其數量設置為≥1個；當設置為2個時，分別為孔板a和孔板b，氣動截止閥a和孔板a連接，氣動截止閥b和孔板b連接。