[發明專利]基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機燃燒效率提高方法

有效

• 申請號: 202110600591.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113190932B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 馬立坤;李潮隆;夏智勛;趙翔;陳斌斌;馮運超;楊鵬年;趙李北
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F113/06;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本申請涉及一種基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機燃燒效率提高方法。所述方法包括：根據預設的超燃沖壓發動機參數，建立設置在燃料噴孔的下游燃燒室壁面上的噴孔噴出氣體時燃燒室中的射流激波結構模型。根據射流激波結構模型中的弓形基波和臺階后緣在燃燒室中形成的氣動虛擬凹腔的參數，建立噴孔的噴孔結構參數和發動機燃燒效率值的關系函數。噴孔結構參數包括位置參數、數量參數、氣流角度參數、氣流流速參數和氣流流量參數。根據預設的燃燒效率目標值得到對應的噴孔結構參數，根據得到的噴孔結構參數在燃燒室壁面上設置噴孔。上述方法能夠提升燃燒效率，解決真實凹腔冷流內阻大的問題，以及解決真實凹腔后緣熱防護壓力大的問題。

技術領域

本申請涉及超燃沖壓發動機設計技術領域，特別是涉及一種基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機燃燒效率提高方法。

背景技術

傳統的超燃沖壓發動機工作過程為：高超聲速來流經過進氣道和隔離段壓縮后，以超聲速進入燃燒室與燃料進行摻混燃燒；燃燒產物經過尾噴管膨脹加速排出以產生推力。超聲速燃燒室中燃料與來流的高效摻混燃燒技術是超燃沖壓發動機的關鍵技術之一，直接關乎發動機性能高低。

凹腔已被證實是能夠用于超燃沖壓發動機促進摻混和燃燒的有效結構，凹腔通過形成一個低速高壓回流區能夠有效促進燃料與主流摻混燃燒。但是使用由壁面結構形成的真實凹腔一方面會增加燃燒室的冷流內阻；另一方面，真實凹腔的后緣往往是激波聚集和燃燒釋熱猛烈的關鍵區域，使得該區域熱防護壓力較大。因此基于凹腔的超聲速燃燒室增混促燃技術一直是超燃沖壓發動機技術領域有待進一步解決的關鍵技術。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種能夠避免真實凹腔技術缺陷的一種基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機燃燒效率提高方法。

一種基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機燃燒效率提高方法，包括：

根據預設的超燃沖壓發動機參數，建立設置在燃料噴孔的下游燃燒室壁面上的噴孔噴出氣體時燃燒室中的射流激波結構模型。

根據射流激波結構模型中的弓形激波和臺階后緣在燃燒室中形成的氣動虛擬凹腔的參數，建立噴孔的噴孔結構參數和發動機燃燒效率值的關系函數。噴孔結構參數包括位置參數、數量參數、氣流角度參數、氣流流速參數和氣流流量參數。

根據預設的燃燒效率目標值得到對應的噴孔結構參數，根據得到的噴孔結構參數在燃燒室壁面上設置噴孔。

一種基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機燃燒效率提高裝置，包括：

射流激波結構建模模塊，用于根據預設的超燃沖壓發動機參數，建立設置在燃料噴孔的下游燃燒室壁面上的噴孔噴出氣體時燃燒室中的射流激波結構模型。

燃燒效率函數生成模塊，用于根據射流激波結構模型中的弓形激波和臺階后緣在燃燒室中形成的氣動虛擬凹腔的參數，建立噴孔的噴孔結構參數和發動機燃燒效率值的關系函數。噴孔結構參數包括位置參數、數量參數、氣流角度參數、氣流流速參數和氣流流量參數。

噴孔參數計算模塊，用于根據預設的燃燒效率目標值得到對應的噴孔結構參數，根據得到的噴孔結構參數在燃燒室壁面上設置噴孔。

一種基于氣動虛擬凹腔的超燃沖壓發動機，包括氣動虛擬凹腔產生部件，氣動虛擬凹腔產生部件包括設置在燃料噴孔的下游燃燒室壁面上的噴孔，噴孔用于向燃燒室中噴入橫向氣流，利用橫向氣流在燃燒室中的射流激波結構產生氣動虛擬凹腔。

其中一個實施例中，氣動虛擬凹腔產生部件還包括冷卻劑儲箱和冷卻劑導管。冷卻劑儲箱和冷卻劑導管連接，冷卻劑導管和噴孔連接，冷卻劑儲箱用于存儲冷卻劑，并通過冷卻劑導管和噴孔將冷卻劑注入燃燒室。

其中一個實施例中，冷卻劑為惰性氣體，包括超臨界CO2，超臨界水或普通液態水。