[發明專利]一種沖壓模態等離子體輔助煤油裂解的燃燒增強方法

在審

• 申請號: 202310012712.4
• 申請日: 2023-01-05
• 公開（公告）號: CN116044606A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 陳興良;朱韶華;秦飛;劉冰;葉進穎;陳劍;樊孝峰;侯金麗;冮強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K7/18
• 分類號: F02K7/18;F02C7/16;F02C7/224;F02C7/22
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

本發明公開了一種沖壓模態等離子體輔助煤油裂解的燃燒增強方法，采用一種沖壓模態等離子體輔助煤油裂解燃燒增強發動機，包括沖壓燃燒室、煤油冷卻通道和等離子體發生器，其中：煤油冷卻通道，設置于沖壓燃燒室的殼體內，各組的進口用于與液態煤油管路連接，出口端與設置于沖壓燃燒室外的連接管相連接；連接管的出口并行分為多個流通管路，各流通管路的出口端均與沖壓燃燒室相連通，各流通管路上均設置有等離子體發生器，用于將氣液混合態的煤油裂解為煤油裂解氣，煤油裂解氣噴射至沖壓燃燒室內腔，與氧化劑在沖壓燃燒室內腔燃燒。采用該方法實現了在利用燃燒室壁面廢熱的前提下，提高RBCC發動機在沖壓模態下的燃燒性能，提高推力和比沖。

技術領域

本發明屬于火箭基組合循環發動機技術領域，具體涉及一種沖壓模態等離子體輔助煤油裂解的燃燒增強方法。

背景技術

火箭基組合循環(Rocket-Based?Combined?Cycle，縮寫為RBCC)發動機具有飛行包線寬、加速/高速巡航兼顧以及經濟性好的特點，在高超飛行器以及多任務導彈上的應用具有極大的潛力。在RBCC發動機工作的沖壓模態中，利用自身攜帶的液態煤油和大氣空氣進行燃燒反應，可以實現Ma3～8的寬域高速巡航。相比于火箭發動機，沖壓模態下發動機具有燃燒室結構簡單、加速/巡航下推力可控性高的優點，由于發動機不用自身攜帶氧化劑，充分利用空氣組織燃燒，使得發動機比沖遠高于火箭發動機。但沖壓燃燒室通常較長，燃燒室壁面冷卻需求大，且液態煤油在沖壓燃燒室霧化燃燒較困難，使得煤油能量無法在燃燒室中充分釋放，進而發動機推力和比沖性能有所損失。

考慮結構、安全性以及經濟性的因素，目前火箭組合發動機通常以液態煤油作為燃料，而發動機殼體通常采用被動冷卻和主動冷卻方式，被動冷卻通常采用吸熱涂層等方式，主動冷卻以液態煤油作為工質進行壁面冷卻。

具體為先將煤油引入冷卻通道，再將熱煤油噴注入沖壓燃燒室組織燃燒，利用了燃燒室壁面廢熱，降低了煤油在燃燒室中的霧化蒸發時間，同時提高燃燒室燃燒溫度。而在飛行馬赫數大于6的條件下，煤油的物理熱沉無法滿足冷卻需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種沖壓模態等離子體輔助煤油裂解的燃燒增強方法，實現了在充分利用燃燒室壁面廢熱的前提下，提高RBCC發動機在沖壓模態下的燃燒性能，提高推力和比沖，進而提高RBCC發動機整機性能。

本發明采用以下技術方案：一種沖壓模態等離子體輔助煤油裂解燃燒增強發動機，包括沖壓燃燒室、煤油冷卻通道和等離子體發生器，其中：

沖壓燃燒室，為殼體圍成的腔體結構，其前端為燃燒室入口端，作為沖壓燃燒室內氧化劑的進入端；

煤油冷卻通道，設置于沖壓燃燒室的殼體內，前后設置有兩組，各組的進口端用于與液態煤油管路連接，出口端與設置于沖壓燃燒室外的連接管相連接；

連接管的出口并行分為多個流通管路，各流通管路的出口端均與沖壓燃燒室的內腔相連通，各流通管路上均設置有一等離子體發生器，用于將由煤油冷卻通道出口端流出的氣液混合態的煤油裂解為煤油裂解氣，煤油裂解氣噴射至沖壓燃燒室內腔，與氧化劑在沖壓燃燒室內腔燃燒。

進一步地，在各流通管路上，且位于等離子體發生器和煤油冷卻通道出口端間均設置有混合氣/液供給閥門組件，用于調整各流通管路中氣液混合態的煤油的流量。

進一步地，多個流通管路的出口端匯集裂解氣積氣腔中，且裂解氣積氣腔設置于沖壓燃燒室外，且環繞于沖壓燃燒室外一周，其連通于流通管路和沖壓燃燒室。

進一步地，在沖壓燃燒室內，且環繞于內腔一周設置有多個裂解氣噴注支板，多個裂解氣噴注支板位于沖壓燃燒室的裂解氣積氣腔同一截面，且位于裂解氣積氣腔所在的區域，各裂解氣噴注支板均為板狀的腔體結構，且板體上開設有多個噴注孔；其近端與裂解氣積氣腔相連通，遠端朝向沖壓燃燒室后端傾斜，裂解氣噴注支板用于將煤油裂解氣噴注入沖壓燃燒室內。