一種亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。
【背景技術(shù)】
[0002]沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是一種依靠高速迎面空氣流的減速增壓作用進(jìn)行工作的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，沒(méi)有像渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)和渦輪那樣的復(fù)雜轉(zhuǎn)動(dòng)部件，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣壓縮是靠高速氣流的滯止(沖壓增壓)來(lái)獲得的。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主要可以分為兩種類型:亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(亞聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī))和超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)(超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī))。
[0003]燃燒室是亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，由于亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是在高空條件下工作的，環(huán)境溫度低、燃燒室內(nèi)空氣密度很低、燃燒室入口氣流速度較高，這些因素導(dǎo)致燃燒室點(diǎn)火困難、穩(wěn)定燃燒也比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:為了解決亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒難的問(wèn)題。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，所述燃燒室的截面為矩形，其底部由多段與其頂部距離不等的底板組成，形成沿所述燃燒室的長(zhǎng)度方向順序設(shè)置且依次連通的:隔離段、突擴(kuò)段、凹腔、等直段和尾噴管；所述突擴(kuò)段與凹腔內(nèi)設(shè)有支板結(jié)構(gòu)，所述隔離段、突擴(kuò)段、凹腔的底板距離所述頂部的距離依次增大，所述等直段的底板與所述頂部之間的距離小于所述凹腔的底板與所述頂部之間的距離；所述突擴(kuò)段與凹腔內(nèi)設(shè)有支板結(jié)構(gòu)，所述支板結(jié)構(gòu)的底端與所述突擴(kuò)段的底板連接，所述支板結(jié)構(gòu)的頂端伸入所述凹腔上部；所述支板結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)有支板腔，所述支板結(jié)構(gòu)上設(shè)有與所述支板腔連通的:燃料流入口、高溫引氣流入口、以及多個(gè)噴射孔。
[0008]其中，多個(gè)所述噴射孔的軸線均垂直于所述燃燒室的長(zhǎng)度方向。
[0009]其中，所述支板結(jié)構(gòu)的底端固定連接于所述突擴(kuò)段尾部的底板上，所述支板結(jié)構(gòu)的頂端向所述尾噴管方向傾斜，并延伸至所述凹腔上部。
[0010]其中，所述燃料流入口和所述高溫引氣流入口均設(shè)置于所述突擴(kuò)段的底板上。
[0011]其中，所述支板結(jié)構(gòu)由兩塊迎風(fēng)板和一塊背風(fēng)板圍成，所述迎風(fēng)板均與所述隔離段相對(duì)，所述背風(fēng)板與所述尾噴管相對(duì)；多個(gè)所述噴射孔分別設(shè)置于兩塊所述迎風(fēng)板與所述背風(fēng)板的連接處。
[0012]其中，兩塊所述迎風(fēng)板與背風(fēng)板連接處均設(shè)有沿所述支板結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向分布的凹槽，所述凹槽的槽底與所述噴射孔連通。
[0013]其中，所述支板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度方向與所述燃燒室的長(zhǎng)度方向的夾角為45度。
[0014]其中，所述支板結(jié)構(gòu)的頂端與所述燃燒室的頂部之間留有間隙。
[0015]其中，所述凹腔的長(zhǎng)度、與所述凹腔的底板和所述突擴(kuò)段的底板的高度差之比小于10 ;所述凹腔的底板與所述等直段的底板的連接處設(shè)有過(guò)渡板，所述過(guò)渡板的傾斜角為45度。
[0016]其中，所述高溫引氣流入口用于將渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的高溫氣流引入所述支板腔。
[0017](三)有益效果
[0018]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明一種亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，通過(guò)采用突擴(kuò)段、凹腔以及支板結(jié)構(gòu)的組合，使燃料與來(lái)流空氣混合效果好，燃料駐留時(shí)間增長(zhǎng)；燃料與高溫引氣流在支板腔內(nèi)預(yù)先接觸，使燃料獲得能量，方便快速參與燃燒，點(diǎn)火速度快；凹腔內(nèi)形成低速回流區(qū)，有助于成功點(diǎn)火，形成持續(xù)穩(wěn)定的火焰，有助于火焰?zhèn)鞑ズ头€(wěn)定燃燒；高溫引氣流由渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供，無(wú)需特意配備其他設(shè)備，有效利用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)排出的能量，節(jié)約能源；凹槽的設(shè)置可以對(duì)來(lái)流空氣產(chǎn)生擾動(dòng)，形成微小的回流區(qū)，使從噴射孔出來(lái)的混合氣與來(lái)流空氣進(jìn)行混合，有助于加長(zhǎng)燃料在燃燒室內(nèi)的駐留時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明所述亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的側(cè)視圖；
[0020]圖2是圖1的仰視圖；
[0021]圖3是圖1中支板結(jié)構(gòu)部分的局部放大示意圖；
[0022]圖4是圖3的A-A向剖視圖。
[0023]其中，1、隔離段；2、突擴(kuò)段；3、支板結(jié)構(gòu)；31、迎風(fēng)板；32、背風(fēng)板；33、燃料流入口 ；34、高溫引氣流入口 ；35、噴射孔；36、凹槽；37、支板腔；4、凹腔；5、等直段；6、尾噴管。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0026]在本發(fā)明的描述中，還需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可視具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0027]如圖1-4所示，本發(fā)明公布了一種亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，所述燃燒室的截面為矩形，其底部由多段與其頂部距離不等的底板組成，形成沿所述燃燒室的長(zhǎng)度方向順序設(shè)置且依次連通的:隔離段1、突擴(kuò)段2、凹腔4、等直段5和尾噴管6 ;所述突擴(kuò)段2與凹腔4設(shè)有支板結(jié)構(gòu)3，所述隔離段1、突擴(kuò)段2、凹腔4的底板距離所述頂部的距離依次增大，所述等直段5的底板與所述頂部之間的距離小于所述凹腔4的底板與所述頂部之間的距離；所述突擴(kuò)段2與凹腔4內(nèi)設(shè)有支板結(jié)構(gòu)3，所述支板結(jié)構(gòu)3的底端與所述突擴(kuò)段2的底板連接，所述支板結(jié)構(gòu)3的頂端伸入所述凹腔4內(nèi)；所述支板結(jié)構(gòu)3內(nèi)設(shè)有支板腔37，所述支板結(jié)構(gòu)3上設(shè)有與所述支板腔37連通的:燃料流入口 33、高溫引氣流入口 34、以及多個(gè)噴射孔35。
[0028]關(guān)于凹腔4的設(shè)置:
[0029]由于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是在高空條件下工作，高空溫度低、燃燒室內(nèi)空氣密度很低、燃燒室入口氣流速度很高，這些條件增加了燃燒室點(diǎn)火和火焰穩(wěn)定的難度。
[0030]液體燃料在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)需經(jīng)過(guò)霧化、蒸發(fā)、混合和燃燒過(guò)程；此外，由于燃燒室內(nèi)的主流速度很高，使燃料在燃燒室駐留時(shí)間非常短，只能用毫秒單位計(jì)時(shí)；同時(shí)碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火延遲較長(zhǎng)，增加了點(diǎn)火和火焰穩(wěn)定的難度。
[0031]因此，點(diǎn)火與火焰穩(wěn)定技術(shù)的關(guān)鍵就是減小著火延遲距離，在盡可能短的距離里建立起化學(xué)反應(yīng)所需要的自由基源，為燃燒提供一個(gè)可靠的點(diǎn)火源，從而在高速氣流中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。
[0032]火焰穩(wěn)定技術(shù)一般是通過(guò)某種方式形成回流區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；亓鲄^(qū)中某些局部流速低于湍流火焰的傳播速度，這樣就具備了火焰穩(wěn)定的必要條件，一旦有功率足夠的點(diǎn)火源，就可以將可燃混氣點(diǎn)燃。高溫燃燒產(chǎn)物通過(guò)回流區(qū)返回上游，形成穩(wěn)定連續(xù)的點(diǎn)火源，回流區(qū)起著儲(chǔ)熱的作用，以湍流傳質(zhì)和換熱的形式，為可燃混氣傳輸熱量和活性物質(zhì)，使火焰得以在燃燒室內(nèi)迅速傳播。
[0033]凹腔4能夠穩(wěn)定火焰，其主要機(jī)制是凹腔4提供了一個(gè)低速回流區(qū)，凹腔4內(nèi)部高溫燃?xì)饩哂悬c(diǎn)火源的作用，燃燒的高溫產(chǎn)物通過(guò)回流區(qū)返回上游，點(diǎn)燃來(lái)流空氣與燃料的混合氣，形成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的火焰。
[0034]凹腔4的作用等價(jià)于火焰穩(wěn)定器，火焰穩(wěn)定器位于流道的邊緣，可以較大程度地減小火焰穩(wěn)定器對(duì)主流的阻塞作用，從而大大降低了氣流的壓力損失。同時(shí)由于凹腔4由后向和前向兩個(gè)臺(tái)階組成，回流區(qū)被鎖在凹腔4中，因此回流區(qū)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，有利于增大燃料的駐留時(shí)間，使得回流區(qū)中的燃料分布趨于均勻，大大改善沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的點(diǎn)火及火焰穩(wěn)定性能。
[0035]本發(fā)明中，過(guò)渡板，即凹腔4的后緣角的大小選取是為了保持氣流流動(dòng)和燃燒穩(wěn)定，具體怎么保持的，是要看具體的流場(chǎng)分布和湍流燃燒反應(yīng)的，優(yōu)選采用45度傾斜角結(jié)構(gòu)的過(guò)渡板。
[0036]為克服壁面燃料噴注所存在的缺點(diǎn)，提出了直接在高速來(lái)流空氣的中心噴注燃料，這可由插入來(lái)流中心的支板結(jié)構(gòu)3來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)支板結(jié)構(gòu)3向后傾斜的大尺度結(jié)構(gòu)還有助于增強(qiáng)混合。特別是對(duì)于大流道燃燒室，采用本發(fā)明所述支板結(jié)構(gòu)3的燃料噴注方式顯得尤為必要。
[0037]支板結(jié)構(gòu)3的工作原理及效果:
[0038]高速來(lái)流空氣流過(guò)支板結(jié)構(gòu)3的兩塊迎風(fēng)板31，形成的壓差使來(lái)流空氣在迎風(fēng)板31的尾部產(chǎn)生流向旋渦，流向旋渦在向下游傳播過(guò)程中會(huì)卷吸燃料與空氣，增大了噴射孔35噴出的燃料與來(lái)流空氣的接觸面積，加大了局部的濃度梯度，從而增強(qiáng)了燃料與來(lái)流空氣的混合。支板結(jié)構(gòu)3整體向后傾斜，再加上兩塊迎風(fēng)板31的作用，使得支板結(jié)構(gòu)3的兩側(cè)形成向外擴(kuò)張的區(qū)域，氣流膨脹，與正面的壓差更大，流向渦更強(qiáng)，混合增強(qiáng)效果更好。
[0039]由于這種方式的支板結(jié)構(gòu)3布置在主流中間，可以直接將燃料噴入高速來(lái)流空氣的主流當(dāng)中，能提供良好的燃料空間分布和混合效果，尤其當(dāng)燃燒室流道較大時(shí)，壁面噴注在燃料的穿透度上很難滿足要求