一種亞燃沖壓發動機燃燒室的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及亞燃沖壓發動機技術領域，特別涉及一種亞燃沖壓發動機燃燒室。
【背景技術】
[0002]沖壓發動機是一種依靠高速迎面空氣流的減速增壓作用進行工作的空氣噴氣發動機，其構造簡單，沒有像渦輪噴氣發動機的壓氣機和渦輪那樣的復雜轉動部件，進入發動機的空氣壓縮是靠高速氣流的滯止(沖壓增壓)來獲得的。沖壓發動機主要可以分為兩種類型:亞燃沖壓發動機(亞聲速燃燒沖壓發動機)和超燃沖壓發動機(超聲速燃燒沖壓發動機)。
[0003]燃燒室是亞燃沖壓發動機的核心部件，由于亞燃沖壓發動機是在高空條件下工作的，環境溫度低、燃燒室內空氣密度很低、燃燒室入口氣流速度較高，這些因素導致燃燒室點火困難、穩定燃燒也比較困難。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題是:為了解決亞燃沖壓發動機點火和穩定燃燒難的問題。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種亞燃沖壓發動機燃燒室，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度方向順序設置且依次連通的:隔離段、突擴段、凹腔、等直段和尾噴管；所述突擴段與凹腔內設有支板結構，所述隔離段、突擴段、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；所述突擴段與凹腔內設有支板結構，所述支板結構的底端與所述突擴段的底板連接，所述支板結構的頂端伸入所述凹腔上部；所述支板結構內設有支板腔，所述支板結構上設有與所述支板腔連通的:燃料流入口、高溫引氣流入口、以及多個噴射孔。
[0008]其中，多個所述噴射孔的軸線均垂直于所述燃燒室的長度方向。
[0009]其中，所述支板結構的底端固定連接于所述突擴段尾部的底板上，所述支板結構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置于所述突擴段的底板上。
[0011]其中，所述支板結構由兩塊迎風板和一塊背風板圍成，所述迎風板均與所述隔離段相對，所述背風板與所述尾噴管相對；多個所述噴射孔分別設置于兩塊所述迎風板與所述背風板的連接處。
[0012]其中，兩塊所述迎風板與背風板連接處均設有沿所述支板結構長度方向分布的凹槽，所述凹槽的槽底與所述噴射孔連通。
[0013]其中，所述支板結構的長度方向與所述燃燒室的長度方向的夾角為45度。
[0014]其中，所述支板結構的頂端與所述燃燒室的頂部之間留有間隙。
[0015]其中，所述凹腔的長度、與所述凹腔的底板和所述突擴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有過渡板，所述過渡板的傾斜角為45度。
[0016]其中，所述高溫引氣流入口用于將渦輪發動機內的高溫氣流引入所述支板腔。
[0017](三)有益效果
[0018]上述技術方案具有如下優點:本發明一種亞燃沖壓發動機燃燒室，通過采用突擴段、凹腔以及支板結構的組合，使燃料與來流空氣混合效果好，燃料駐留時間增長；燃料與高溫引氣流在支板腔內預先接觸，使燃料獲得能量，方便快速參與燃燒，點火速度快；凹腔內形成低速回流區，有助于成功點火，形成持續穩定的火焰，有助于火焰傳播和穩定燃燒；高溫引氣流由渦輪發動機提供，無需特意配備其他設備，有效利用渦輪發動機排出的能量，節約能源；凹槽的設置可以對來流空氣產生擾動，形成微小的回流區，使從噴射孔出來的混合氣與來流空氣進行混合，有助于加長燃料在燃燒室內的駐留時間。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明所述亞燃沖壓發動機燃燒室的側視圖；
[0020]圖2是圖1的仰視圖；
[0021]圖3是圖1中支板結構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、突擴段；3、支板結構；31、迎風板；32、背風板；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。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0025]在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“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重要性。
[0026]在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0027]如圖1-4所示，本發明公布了一種亞燃沖壓發動機燃燒室，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度方向順序設置且依次連通的:隔離段1、突擴段2、凹腔4、等直段5和尾噴管6 ;所述突擴段2與凹腔4設有支板結構3，所述隔離段1、突擴段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；所述突擴段2與凹腔4內設有支板結構3，所述支板結構3的底端與所述突擴段2的底板連接，所述支板結構3的頂端伸入所述凹腔4內；所述支板結構3內設有支板腔37，所述支板結構3上設有與所述支板腔37連通的:燃料流入口 33、高溫引氣流入口 34、以及多個噴射孔35。
[0028]關于凹腔4的設置:
[0029]由于沖壓發動機是在高空條件下工作，高空溫度低、燃燒室內空氣密度很低、燃燒室入口氣流速度很高，這些條件增加了燃燒室點火和火焰穩定的難度。
[0030]液體燃料在沖壓發動機內需經過霧化、蒸發、混合和燃燒過程；此外，由于燃燒室內的主流速度很高，使燃料在燃燒室駐留時間非常短，只能用毫秒單位計時；同時碳氫燃料的點火延遲較長，增加了點火和火焰穩定的難度。
[0031]因此，點火與火焰穩定技術的關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反應所需要的自由基源，為燃燒提供一個可靠的點火源，從而在高速氣流中實現穩定燃燒。
[0032]火焰穩定技術一般是通過某種方式形成回流區來實現的。回流區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定的必要條件，一旦有功率足夠的點火源，就可以將可燃混氣點燃。高溫燃燒產物通過回流區返回上游，形成穩定連續的點火源，回流區起著儲熱的作用，以湍流傳質和換熱的形式，為可燃混氣傳輸熱量和活性物質，使火焰得以在燃燒室內迅速傳播。
[0033]凹腔4能夠穩定火焰，其主要機制是凹腔4提供了一個低速回流區，凹腔4內部高溫燃氣具有點火源的作用，燃燒的高溫產物通過回流區返回上游，點燃來流空氣與燃料的混合氣，形成一個持續穩定的火焰。
[0034]凹腔4的作用等價于火焰穩定器，火焰穩定器位于流道的邊緣，可以較大程度地減小火焰穩定器對主流的阻塞作用，從而大大降低了氣流的壓力損失。同時由于凹腔4由后向和前向兩個臺階組成，回流區被鎖在凹腔4中，因此回流區結構較為穩定，有利于增大燃料的駐留時間，使得回流區中的燃料分布趨于均勻，大大改善沖壓發動機燃燒室的點火及火焰穩定性能。
[0035]本發明中，過渡板，即凹腔4的后緣角的大小選取是為了保持氣流流動和燃燒穩定，具體怎么保持的，是要看具體的流場分布和湍流燃燒反應的，優選采用45度傾斜角結構的過渡板。
[0036]為克服壁面燃料噴注所存在的缺點，提出了直接在高速來流空氣的中心噴注燃料，這可由插入來流中心的支板結構3來實現，同時支板結構3向后傾斜的大尺度結構還有助于增強混合。特別是對于大流道燃燒室，采用本發明所述支板結構3的燃料噴注方式顯得尤為必要。
[0037]支板結構3的工作原理及效果:
[0038]高速來流空氣流過支板結構3的兩塊迎風板31，形成的壓差使來流空氣在迎風板31的尾部產生流向旋渦，流向旋渦在向下游傳播過程中會卷吸燃料與空氣，增大了噴射孔35噴出的燃料與來流空氣的接觸面積，加大了局部的濃度梯度，從而增強了燃料與來流空氣的混合。支板結構3整體向后傾斜，再加上兩塊迎風板31的作用，使得支板結構3的兩側形成向外擴張的區域，氣流膨脹，與正面的壓差更大，流向渦更強，混合增強效果更好。
[0039]由于這種方式的支板結構3布置在主流中間，可以直接將燃料噴入高速來流空氣的主流當中，能提供良好的燃料空間分布和混合效果，尤其當燃燒室流道較大時，壁面噴注在燃料的穿透度上很難滿足要求