[發(fā)明專利]吸氣式脈沖爆震發(fā)動機多孔燃油霧化摻混結(jié)構(gòu)及方法

有效

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• 申請日: 2022-08-12
• 公開（公告）號: CN115217701B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 姜俞光;康嘉寧;楊少雄;張晉;范瑋
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: F02M61/18
• 分類號: F02M61/18;F02K7/02
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 張瑾

本發(fā)明提出一種基于多孔介質(zhì)的吸氣式脈沖爆震發(fā)動機燃油霧化摻混結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)以多孔介質(zhì)具有孔隙直徑為微米級，并采用內(nèi)深激光打孔金屬材料制成的燃油多孔噴嘴的方式，可加深噴注深度，解決燃油穿透深度不足的問題，提高來流空氣的利用率。大面積的供油使得油氣分布均勻，預混氣的質(zhì)量更好。本發(fā)明可解決現(xiàn)有燃油噴嘴所造成的霧化性能不足的缺陷，顯著提高脈沖爆震發(fā)動機燃油霧化性能，使得發(fā)動機能夠基于液態(tài)燃料穩(wěn)定的持續(xù)爆震。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及脈沖爆震發(fā)動機領域，具體涉及一種吸氣式脈沖爆震發(fā)動機燃油霧化摻混結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

吸氣式脈沖爆轟發(fā)動機在先進空天飛行器的推進系統(tǒng)中，利用大氣中的空氣作為氧化劑，使用具有能量密度高、易貯存、冷卻性能好和安全性高的液態(tài)燃料作為推進劑，在燃燒室內(nèi)配合燃油的噴注，通過燃燒實現(xiàn)熱功的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生推進力。但燃用液態(tài)燃料的PDE，燃燒前必須經(jīng)歷燃油的霧化，蒸發(fā)和摻混過程，形成具有一定蒸發(fā)度的較均勻、可爆的混氣。

燃油霧化是實現(xiàn)脈沖爆震發(fā)動機具備良好的起爆性能的關鍵，與常規(guī)航空發(fā)動機相比，脈沖爆震發(fā)動機對混氣質(zhì)量要求很高，(1)理想情況要求SMD≤10μm，燃油蒸發(fā)度大于70％，而且油氣比分布均勻；(2)不但要求按給定頻率間歇供油，而且要求供油和進氣同步。

目前吸氣式脈沖爆轟發(fā)動機采用較多的為霧化噴嘴，包括直射式霧化噴嘴和離心式噴嘴，直射式霧化噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，能夠在較低的壓力條件下提供足夠質(zhì)量流量的燃油，但霧化效果較差；離心式噴嘴霧化質(zhì)量較好，但需要較高的燃油供油壓力，使得霧化裝置較為繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種有效提高液態(tài)燃料霧化性能，并改善燃料與空氣的摻混質(zhì)量的基于多孔介質(zhì)的吸氣式脈沖爆震發(fā)動機燃油霧化摻混結(jié)構(gòu)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種基于多孔介質(zhì)的吸氣式脈沖爆震發(fā)動機燃油霧化摻混結(jié)構(gòu)，包括在所述發(fā)動機進氣段的后方，與進氣罩連通并同軸設置的空心摻混管，在空心摻混管的周面法向上設有燃油入口通道，在所述空心摻混管管腔內(nèi)，所述燃油入口通道的燃油出口處設有燃油多孔噴嘴；

所述的燃油多孔噴嘴為兩端封閉且具有燃油空腔的管狀噴嘴，所述燃油空腔的軸線與所述空心摻混管的軸線相平行設置，所述燃油入口通道與所述的燃油空腔相連通設置；

迎著空氣來流方向一側(cè)的燃油多孔噴嘴的端部為所述燃油多孔噴嘴的前緣端面，所述前緣端面是一對沿著空氣流動方向角度逐漸增大的傾斜側(cè)壁面組成，使所述的前緣端面形成楔形前緣端面，且所述傾斜側(cè)壁面沿所述空心摻混管的徑向方向延伸設置；所述燃油多孔噴嘴背向空氣來流方向的一端為沿著所述空心摻混管的徑向方向延伸的豎直后壁面；所述的一對傾斜側(cè)壁面和豎直后壁面之間為連接側(cè)壁面，連接側(cè)壁面配合所述的一對傾斜側(cè)壁面與豎直后壁面圍成了密閉的燃油空腔；所述的楔形前緣端面的剖面可以呈等腰或非等腰三角狀，即在燃油多孔噴嘴的迎風端面形成高速風流的傾斜過渡區(qū)；

分別在所述的一對傾斜側(cè)壁面、豎直后壁面、連接側(cè)壁面上均布有多個法向設置的噴注孔；

所述的燃油多孔噴嘴用于使沖擊在多孔內(nèi)壁面上破碎，并具有切向速度沖出至多孔外壁面的燃料，進而被進氣段進入的沿軸向流經(jīng)的高速空氣進一步剪切破碎，使燃油撕裂為細小的油滴，并在燃油多孔噴嘴后端的空心摻混管內(nèi)形成燃油空氣摻混段，經(jīng)過燃油空氣摻混段，然后最終進入爆震段參與燃燒反應。

進一步的，在所述空心摻混管周面法向上設有安裝孔，燃油管通過螺紋連接在所述的安裝孔中，所述燃油管的燃油出口與所述燃油多孔噴嘴的燃油空腔相連通，所述燃油管與燃油空腔形成一個閉合燃油腔，所述燃油管的燃油管通道即為所述的燃油入口通道。

進一步的，所述的燃油多孔噴嘴是呈圓柱或長方體或正方體的管狀噴嘴，燃油多孔噴嘴在空心摻混管內(nèi)腔徑向的延伸深度與所述空心摻混管的直徑比值為0.1～0.2。

進一步的，所述噴注孔的孔徑大小為0.001mm～0.003mm。