[發明專利]超燃沖壓發動機滑動弧級聯放電凹腔穩焰裝置

有效

• 申請號: 202110914508.2
• 申請日: 2021-08-10
• 公開（公告）號: CN113623686B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 朱家健;田軼夫;馮戎;蔡尊;孫永超;王成龍;汪洪波;孫明波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F02K7/10;F02K7/14
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

本發明提供一種超燃沖壓發動機滑動弧級聯放電凹腔穩焰裝置，在超燃沖壓發動機燃燒室的凹腔前端設置階梯狀凹腔前壁，凹腔前壁的各級階梯上均設置有交流滑動弧電極結構，能夠產生交流滑動弧放電。位于上方的第一級交流滑動弧電極結構中的導軌電極可與位于下方的第二級交流滑動弧電極結構的第一排輔助放電結構中的點電極間形成放電，增加滑動弧放電長度和作用范圍，能夠產生“一上一下”級聯式交流滑動弧放電。本發明能夠形成隨燃燒室內流場運動的等離子體通道，具有放電面積大、持續時間長、作用范圍廣等特點，提高超燃沖壓發動機寬范圍飛行條件和極端工況下的穩焰能力。

技術領域

本發明屬于超燃沖壓發動機技術領域，具體涉及一種超燃沖壓發動機滑動弧級聯放電凹腔穩焰裝置。

背景技術

目前應用較多的穩焰方式有注入易燃燒的燃料和使用火花塞產生等離子體穩焰等。注入易燃燒的燃料是通過向燃燒室注入易發生化學反應的氣態燃料(如 H2)先產生局部火焰，然后通過已經形成的火焰逐漸點燃主流，有助于形成穩定的全局火焰。但是該方法需要額外的輔助燃料模塊設計，增加了燃燒室的設計難度。

使用火花塞產生等離子體穩焰是通過高壓脈沖放電擊穿電極間隙形成熱平衡等離子體，增加溫度和活性組分濃度，實現超燃沖壓發動機的穩焰。但是火花放電的頻率受限，且火花塞放電對于拓寬煤油穩焰邊界較為困難，在近貧燃或近富燃等極端條件下，難以實現超燃沖壓發動機的穩焰。

現有技術的缺點是：

(1)注入易燃燒燃料的方案需要額外設計燃料(H₂等)噴注模塊，且實際工程應用需要考慮如何攜帶、儲存等問題。

(2)對于使用火花塞產生等離子體穩焰的方案，火花塞燒蝕嚴重，屬于直流脈沖放電，放電頻率低，煤油穩焰邊界拓展有限，難以實現近富燃極限或近貧燃極限條件下的穩焰。

(3)注入易燃燒燃料方案與火花塞產生等離子體穩焰方案對非穩態火焰的調控能力較差，一旦火焰到達僅吹熄或吹熄狀態，較難實現穩焰。

發明內容

針對現有技術存在的超燃沖壓發動機穩焰困難的問題，本發明提供一種超燃沖壓發動機滑動弧級聯放電凹腔穩焰裝置。

為實現上述技術目的，本發明采用的技術方案如下：

超燃沖壓發動機滑動弧級聯放電凹腔穩焰裝置，在超燃沖壓發動機燃燒室的凹腔前端設置階梯狀凹腔前壁，凹腔前壁的各級階梯上均設置交流滑動弧電極結構，能夠產生交流滑動弧放電，形成隨燃燒室內流場運動的等離子體通道，實現可靠的點火及火焰穩定。本發明能夠形成隨燃燒室內流場運動的等離子體通道，具有放電面積大、持續時間長、作用范圍廣等特點，提高超燃沖壓發動機寬范圍飛行條件和極端工況下的穩焰能力。

作為本發明的優選方案，所述交流滑動弧電極結構包括高壓電源、陶瓷絕緣塊、導軌電極和點電極，所述導軌電極和點電極均分布在陶瓷絕緣塊的上表面上，導軌電極作為高壓極，點電極為地極，導軌電極通過高壓導線與高壓電源連接，點電極通過高壓導線與大地連接。

作為本發明的優選方案，所述高壓電源為高壓交流電源。燃燒室的金屬內壁均通過高壓導線與大地連接。

作為本發明的優選方案，所述交流滑動弧電極結構中，陶瓷絕緣塊上分布有多個導軌電極和多個點電極。

作為本發明的優選方案，陶瓷絕緣塊上的多個導軌電極等間距平行排列，且各導軌電極的長度方向與燃燒室內主流流動方向相同，各導軌電極的兩邊分布有點電極，點電極和導軌電極交替且等間隔排列成一排主放電電極結構。

作為本發明的優選方案，遠離燃燒室內主流入口的導軌電極的一端頭延伸至陶瓷絕緣塊的邊緣。

作為本發明的優選方案，陶瓷絕緣塊上分布有至少一排輔助放電結構，輔助放電機構由多個點電極等間隔排列而成。