[發明專利]一種旋轉爆震燃燒室的導向噴管

有效

• 申請號: 202110457581.1
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113154451B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 王可;朱亦圓;趙明皓;李清安;于瀟棟;黃忻昱;范瑋
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種旋轉爆震燃燒室的導向噴管，包括旋轉爆震燃燒室本體和導向噴管，其特征在于：燃燒室頭部是一圓盤，燃燒室外環是一個圓環形殼體，燃燒室外環和燃燒室頭部共同組成旋轉爆震燃燒室的主體，根據有無內柱設計為環形燃燒室或空桶型燃燒室，整體尺寸根據燃料的類型和使用環境進行合理設計；燃料和氧化劑采用對撞環孔形式供給，經管道分別從燃燒室頭部處沿周向均布的30～120對環孔中噴出，以保證燃料和氧化劑的充分摻混、霧化；摻混系統還可采用環孔-環縫對撞式或氣液同軸離心方式；點火組件安裝在燃燒室外環壁面，用于對旋轉爆震燃燒室點火，使用預爆震管、熱射流管或火花塞；在點火位置一側設置惰性介質噴注孔，數量為10～20個，噴注時間早于點火時間30～100ms，點火觸發后停止噴惰性氣體以確保有效隔離，具體時間需綜合考慮點火延遲、惰性介質隔離區域形成時間后確定；導向噴管由導向噴管外環、導向葉片和導向噴管中心體組成；對于空桶型燃燒室，在燃燒室出口位置直接將噴管外環與燃燒室外環相連，對于環形燃燒室，燃燒室外環與導向噴管外環相連，導向噴管中心體與燃燒室內柱直徑相同，且互相連接，根據不同燃燒室的構型，導向葉片沿燃燒室徑向的高度需滿足以下條件：

1)環形燃燒室

H＝r_outer-r_inner

2)空桶燃燒室

0.2r_outer≤H＜r_outer

式中，H為導向葉片沿燃燒室徑向的高度，r_outer為噴管外環半徑，r_inner中心體半徑；

導向葉片兩端分別與導向噴管外環和中心體相連，沿周向均勻分布，數量為8～40個，葉片前半段中弧線彎曲且前緣方向與燃燒室出口氣流角一致，對氣流進行整流，將氣流的周向速度偏轉為軸向速度，導向葉片前緣與燃燒室軸線的夾角為：

式中，θ_i為導向葉片前緣與燃燒室軸線的夾角，v_z,ce為燃燒室出口氣流軸向速度，v_t,ce為燃燒室出口氣流周向速度；后半段中弧線為直線，且安裝方向與燃燒室軸線方向一致，用于氣流的加速膨脹。

2.根據權利要求1所述的一種旋轉爆震燃燒室的導向噴管，其特征在于：所述導向葉片特征尺寸的設計準則應滿足以下條件：

(1)喉道位置處導向葉片最大厚度所對應的圓心角

氣流的加速膨脹過程主要在導向葉片后半段形成的通道中完成，葉片的最大厚度位置處形成的通道對應著噴管整體的喉道位置，根據燃燒室出口的氣流參數以確定尾噴管的喉道面積，則喉道位置處導向葉片最大厚度所對應的圓心角大小需由以下條件確定：

式中，A_th為導向葉片喉道位置所需的面積，R為氣體常數，γ為出口氣流比熱比，為流經燃燒室的氣流流量，T_t為燃燒室出口氣流總溫，p_t為燃燒室出口氣流總壓，Θ_th為導向葉片喉道位置所對應的圓心角，π為圓周率，N為導向葉片數量；

(2)導向葉片尾緣厚度所對應的圓心角

導向葉片尾緣厚度處形成的通道對應著噴管整體的出口位置，噴管出口面積則由燃燒室出口氣流完全膨脹為環境壓力時的出口馬赫數決定，則導向葉片尾緣厚度所對應的圓心角大小需由以下條件確定：

式中，π_des為噴管的設計落壓比，p_t,des為燃燒室設計點總壓，p₀為環境壓力，Ma_ne為噴管出口馬赫數，A_ne為噴管出口面積，Θ_ne為導向葉片尾緣厚度所對應的圓心角；

(3)導向葉片沿燃燒室軸向的長度

氣流流動方向發生偏轉及膨脹做功產生推力的過程中，應減少總壓損失，導向葉片的長度決定了氣流偏轉的疾緩和摩擦損失的程度，則根據經驗關系式，導向葉片沿燃燒室軸向的長度需滿足以下條件：

L_z＝L₁·sinθ_i+L₂

式中，L_z為導向葉片沿燃燒室軸向的總長度，L₁為導向葉片前半段的長度，L₂為導向葉片后半段的長度，L_c為燃燒室的長度。