[發明專利]一種提高固體燃料超燃沖壓發動機推力的方法

在審

• 申請號: 202110231127.4
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112796906A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 武志文;陳鵬鑫;張智慧;張皓
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02K7/10
• 分類號: F02K7/10;F02K1/82
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明涉及一種提高固體燃料超燃沖壓發動機推力的方法，具體涉及的是固體燃料超燃發動機的燃燒室實驗，屬于固體燃料超燃沖壓發動機實驗領域。本發明通過改變肋條的安裝角度，可以實現不同的氣體旋流程度，超聲速來流在旋轉裝置作用下，增加了切向速度，提高了燃料在燃燒室內的駐留時間，增強了燃燒，提高了燃燒效率，燃燒充分，從而達到提高推力的效果。且本發明整個發動機采用可拆卸式設計，整個發動機由進氣道尾噴管，氣體旋轉裝置和燃燒室組成。可以通過改裝氣體旋轉裝置，達到不同的旋流程度，從而達到不同的實驗效果。

技術領域

本發明涉及一種提高固體燃料超燃沖壓發動機推力的方法，具體涉及的是固體燃料超燃發動機的燃燒室實驗，屬于固體燃料超燃沖壓發動機實驗領域。

背景技術

固體燃料的超燃沖壓發動機能使其吸入的空氣作為氧化劑并快速燃燒，提高比沖，而且具有結構簡單、可靠性高、安全性好、反應迅速、存儲運輸方便等優點，在高超聲速推進領域中有廣闊的應用前景。

固體燃料超燃沖壓發動機是一種將固體燃料澆注或黏接在燃燒室內，與超聲速氣流直接燃燒的沖壓發動機。固體燃料超燃沖壓發動機通常由進氣道、燃燒室和噴管3部分組成。高速來流空氣(Ma5)經過進氣道減速增壓，到燃燒室入口(即進氣道出口)時氣流為高壓高溫的超聲速氣流。隨后，氣流在燃燒室入口臺階后發生流動分離，一部分氣流在凹腔內形成低速(亞聲速)高溫高壓回流區域。在高溫氣流下熱解的燃料氣體在凹腔內與空氣中的氧氣充分摻混，成功自點火后并維持火焰穩定燃燒；另一部分氣體以超聲速的狀態進入等直段。氣流流過等直段后，在擴張段繼續擴張加速。隨后，氣流在擴張噴管中進一步減壓加速，直至在噴管出口處達到理想膨脹狀態。盡管固體燃料沖壓發動機所使用的固體燃料化學性質較穩定，且預先不與氧化劑接觸，擁有安全性高、結構簡單、存儲運輸方便等優點，但是固體燃料超燃沖壓發動機也存在一些問題。超燃沖壓燃燒室主流速度在1000m/s左右，來流氣體在燃燒室內的駐留時間在0.1ms左右，時間很短。碳氫燃料本身就燃燒效率低，而且超燃沖壓發動機燃燒室中燃氣和氧氣的燃燒是非預混燃燒。化學反應的速度遠遠高于燃料氣體和氧氣的擴散速度，燃燒效率低，容易導致推力不足。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統碳氫燃料燃燒效率低，產生推力小的問題，提供一種提高固體燃料超燃沖壓發動機推力的方法，該方法能夠有效提高固體燃料超燃沖壓發動機燃燒室的燃燒效率和燃燒室推力。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種提高固體燃料超燃沖壓發動機推力的方法，在進氣道和燃燒室之間安裝氣體旋轉裝置，該氣體旋轉裝置由殼體和肋條組成。

所述殼體為中空圓柱體，肋條安裝在殼體內壁，肋條與主軸夾角為θ。

通過改變肋條的安裝角度，可以實現不同的氣體旋流程度，產生預設推力；

所述θ的計算方式為：

用旋流數定義氣體旋轉程度，旋流數S定義為流體的角動量的軸向通量G_θ與軸向動量G_Z和燃燒裝置特征半徑R的乘積之比。

其中：

式中：ρ是流體密度；r是任意半徑；U為旋流任一截面上的軸向速度；W為旋流任一截面上的切向速度分量；P為旋流任一截面上的靜壓力，R為燃燒裝置的特征半徑。

切向速度分量與軸向速度分量存在如下關系式：

W＝Utanθ (1.4)

對式(1.2)和(1.3)積分得到：

最終得到旋流數S和θ的關系：